PEMURNIAN SURFAKTAN NONIONIK ALKIL POLIGLIKOSIDA (APG) BERBASIS TAPIOKA DAN DODEKANOL
FEBRUADI BASTIAN
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul “Pemurnian Surfaktan Nonionik Alkil Poliglikosida (APG) Berbasis Tapioka dan Dodekanol” adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Januari 2011
Februadi Bastian NRP. F351080051
ABSTRACT
FEBRUADI BASTIAN. Purification of Alkyl Polyglycosides Nonionic Surfactant Based on Tapioca Starch and Dodecanol. Supervised by ANI SURYANI and TITI CANDRA SUNARTI.
Alkyl polyglycosides (APG) , a nonionic surfactant, has got some green labels such as Ecocert, EU Eco-flower and Green Seal as environmentally friendly surfactant. Sugar as APG's raw material, supplied the hydrophilic group, and fatty alcohol acted as hydrophobic group. Some undesirable compounds formed during the APG production had caused low quality. The research aimed to increase the quality and performance of APG, by controlling its process. The catalyst of p-toluene sulfonic acid (PTSA) was added and investigated the effect of catalysis concentration (0,018-0,036 mole per mole of starch) to enhance the butanolysis of starch. Addition 0-10% of activated carbon and 0-0,3% of NaBH4 in APG pre-purification process; 2% (w/w) of H2O2 35% and 500 ppm of MgO in the bleaching process were examined to process high quality and high performance of APG. The results showed that 0.027 mole of PTSA per mole starch and process temperature of 140 OC could minimize the residual sugars after butanolysis. The best APG was obtained from purification step by addition 0% of activated carbon and 0,2% of NaBH4, with the characteristics of clarity of 59,02(%T); the ability to reduce surface and interfacial tensions at 1% concentration were 61,98% and 95,60% respectively; 81,71% of stability of emulsion, 62,5% of foam height and stable up to 315 minutes. Keywords: Nonionic surfactant, alkyl polyglycoside, purification, bleaching
RINGKASAN
FEBRUADI BASTIAN. Pemurnian Surfaktan Nonionik Alkil Poliglikosida (APG) Berbasis Tapioka dan Dodekanol. Dibimbing oleh ANI SURYANI dan TITI CANDRA SUNARTI.
Produksi surfaktan saat ini telah beralih ke produksi dengan bahan baku yang ramah lingkungan dan terbarukan. Salah satu jenis surfaktan yang ramah lingkungan yaitu alkil poliglikosida (APG). Surfaktan APG telah mendapatkan berbagai sertifikat yang menyatakan bahwa APG merupakan surfaktan yang ramah lingkungan seperti Ecocert, EU Eco-flower dan Green Seal. Surfaktan APG biasa digunakan pada formulasi beberapa produk personal care, kosmetik, detergen, maupun herbisida. APG merupakan jenis surfaktan berbasis gula yang disintesis dari glukosa dan alkohol lemak. Glukosa akan membentuk gugus hidrofilik dan alkohol lemak akan membentuk gugus hidrofobik dengan bantuan katalis p-toluene sulfonic acid (PTSA). Kebutuhan surfaktan nonionik Indonesia saat ini masih dipenuhi dari impor yang jumlahnya semakin tahun semakin meningkat, padahal Indonesia memiliki potensi produksi pati dan PKO yang cukup besar. Salah satu permasalahan dalam sintesis surfaktan APG yaitu terbentuknya warna gelap yang tidak diinginkan. Warna gelap ini berasal dari residu glukosa hasil hidrolisis pati yang tidak bereaksi dengan alkohol lemak untuk membentuk APG. Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mendapatkan desain proses produksi dan pemurnian APG dengan karakteristik dan kinerja yang baik. Sintesis APG menggunakan pati sebagai bahan bakunya melalui dua tahap yaitu butanolisis dan transasetalisasi. Pada proses butanolisis terjadi proses hidrolisis pati menjadi gula sederhana dan proses alkoholisis antara gula sederhana dan butanol hingga membentuk butil glikosida. Selama proses butanolisis terdapat residu gula yang tidak bereaksi yang berpotensi membentuk polidekstrosa dan hidroksil metil furfural (HMF) yang merupakan penyebab warna gelap. Oleh karena itu dilakukan variasi perlakuan penambahan katalis dan pengaturan suhu selama proses butanolisis untuk menghasilkan produk butanolisis yang memiliki residu gula yang rendah dan tingkat kecerahan yang masih tinggi. Perlakuan rasio mol katalis PTSA yang digunakan yaitu 0,018-0,036 mol PTSA : 1 mol pati, sedangkan perlakuan suhu yaitu 140-150 OC. Hasil terbaik dari proses butanolisis yaitu kombinasi rasio mol katalis 0,027 : 1 mol pati dan perlakuan suhu 140 OC. Kombinasi perlakuan ini menghasilkan residu gula yang cukup rendah yaitu 39,7% dan kejernihan yang masih tinggi yaitu 45,75%T. Hasil terbaik pada proses butanolisis kemudian digunakan untuk proses sintesis pada tahap selanjutnya. Residu gula yang dihasilkan pada proses butanolisis akan membentuk polidekstrosa dan HMF pada proses transasetalisasi. Oleh karena itu dilakukan tahap pemurnian yang meliputi proses penyaringan netralisasi, penambahan arang aktif, penambahan NaBH4 dan destilasi, kemudian untuk meningkatkan kejernihan produk dilakukan proses pemucatan (bleaching).
Penambahan arang aktif dimaksudkan untuk mengurangi warna gelap yang terbentuk setelah proses transasetalisasi, sedangkan penambahan NaBH 4 dilakukan untuk mengubah residu glukosa yang masih tersisa menjadi sorbitol melalui proses hidrogenasi. Sorbitol lebih tahan pada suhu tinggi selama proses destilasi yang menggunakan suhu 140-160 OC dibandingkan dengan glukosa, sehingga kerusakan glukosa menjadi HMF dapat terhindarkan. Konsentrasi arang aktif yang ditambahkan sebanyak 0-10% sedangkan konsentrasi penambahan NaBH4 yaitu 0-0,3% dari bobot hasil transasetalisasi. Penambahan arang aktif dan NaBH4 dapat meningkatkan kejernihan produk APG yang dihasilkan. Penambahan arang aktif 5% mampu meningkatkan kejernihan APG dibandingkan perlakuan tanpa penambahan arang aktif dan penambahan arang aktif 10%, namun penambahan arang aktif dapat menurunkan kinerja APG yang dihasilkan. Pengaruh penambahan NaBH4 hingga 0,2% mampu meningkatkan kejernihan dan kinerja APG. Kombinasi perlakuan terbaik yaitu tanpa penambahan arang aktif (0%) dan NaBH4 0,2%. Pada kombinasi perlakuan ini diperoleh tingkat kejernihan sebesar 59,02%(Transmisi); kemampuan menurunkan tegangan permukaan sebesar 61,94%; kemampuan menurunkan tegangan antarmuka sebesar 95,60%; kestabilan emulsi 81,71%; tinggi busa yang dihasilkan sebesar 62,5%; stabilitas busa selama 315 menit; dan rendemen sebesar 58,55%.
Kata kunci: surfaktan nonionik, alkil poliglikosida, pemurnian, pemucatan.
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2010 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
PEMURNIAN SURFAKTAN NONIONIK ALKIL POLIGLIKOSIDA (APG) BERBASIS TAPIOKA DAN DODEKANOL
FEBRUADI BASTIAN
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Dwi Setyaningsih, M.Si.
LEMBAR PENGESAHAN
Judul Tesis Nama Mahasiswa NRP
: Pemurnian Surfaktan Nonionik Alkil Poliglikosida (APG) Berbasis Tapioka dan Dodekanol : Februadi Bastian : F351080051
Disetujui, Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Ani Suryani, DEA Ketua
Dr. Ir. Titi Candra Sunarti, M. Si. Anggota
Diketahui,
Ketua Program Studi
Dekan Sekolah Pascasarjana
Teknologi Industri Pertanian
Dr. Ir. Machfud, MS.
Tanggal Ujian: 30 Desember 2010
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS.
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan hidayahNya sehingga penulisan hasil penelitian dengan judul “Pemurnian Surfaktan Nonionik Alkil Poliglikosida (APG) Berbasis Tapioka dan Dodekanol” dapat terselesaikan dengan baik. Penulisan penelitian ini diajukan sebagai salah satu tahapan penyelesaian tesis di Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah membantu antara lain:
1. 2. 3. 4. 5.
Dr. Ir. Machfud, MS., selaku Ketua Program Studi Prof. Dr. Ir. Ani Suryani, DEA., selaku Ketua Komisi Pembimbing Dr. Ir. Titi Candra Sunarti, M. Si., selaku Anggota Komisi Pembimbing Dr. Ir. Dwi Setyaningsih, M.Si., selaku Dosen Penguji Luar Komisi Teknisi laboratorium dan staf TIP : Ibu Rini, Ibu Sri, Ibu Ega, Pak Sugiardi, dan Pak Edi, Serta Ibu Nur. Terima kasih bantuannya. 6. Siti Aisyah, Donna Imelda, Saud, Andrew, Niken, Citra, Fatma, Deli, Dessy, Kartika, Jaelani, Bpk. Adi Salamun dan Bpk Agus yang banyak membantu selama penelitian. 7. Bapak, Mama, Kakak dan Adik yang selalu memacu agar cepat selesai. 8. Istri, Febriani Antasari dan Ananda Fadhil Hafizahin Bastian atas kesabaran, dukungan dan doa. 9. Bpk. Erwin Susanto dan Bpk. Abun Lie dari PT Ecogreen atas bantuan bahan baku alkohol lemak. 10. Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian IPB, yang telah memberikan sebagian bantuan dana penelitian. 11. Teman-teman TIP IPB angkatan 2008 dan teman-teman di PTD 12. Dan semua pihak yang telah membantu penulisan hasil penelitian.
Penulis meyakini bahwa tidak ada hal yang sempurna di dunia ini. Oleh karena itu penulis menerima segala kritik dan saran yang dapat membantu kesempurnaan hasil penelitian ini. Bogor, Januari 2011
Februadi Bastian
RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Ujungpandang pada tanggal 5 Februari 1982. Penulis merupakan anak kedua dari empat bersaudara dari pasangan Bapak Adolf Bastian dan Ibu Dina Sulle. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar pada tahun 1994 di SD Sudirman I Makassar, kemudian melanjutkan ke jenjang sekolah tingkat pertama di SLTP Neg. 6 Makasaar. Pada tahun 1997, penulis kemudian melanjutkan pendidikan di SLTA Neg. 2 Makassar dan lulus pada tahun 2000. Ditahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan perguruan tinggi di Program Studi Teknologi Hasil Pertanian, Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Hasanuddin dan lulus pada tahun 2005. Pada tahun 2005, penulis memulai karir di sebuah media lokal di kota Makassar. Pada Tahun 2006 penulis terangkat menjadi staf pengajar di Jurusan Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Hasanuddin. Tak lepas dari hobby penulis di bidang IT, selama tahun 2006-2008 penulis sempat menjadi koordinator ICT pada Fakultas Pertanian Universitas Hasanuddin dan staf Bidang Program dan Teknis ICT Global Development Learning Network (GDLN) Universitas Hasanuddin. Pada tahun 2008 Penulis melanjutkan pendidikan program master di jurusan Teknologi Industri Pertanian IPB dengan sponsor pembiayaan dari BPPS dan bantuan penelitian yang berasal dari Departemen Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor
Bogor, Januari 2011 Penulis
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ....................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ................................................................................
vii
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................
ix
1 PENDAHULUAN .................................................................................
1
1.1 Latar Belakang ..................................................................................
1
1.2 Tujuan Penelitian ..............................................................................
3
1.2.1 Tujuan Umum ..........................................................................
3
1.2.2 Tujuan Khusus .........................................................................
3
2 TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................
5
2.1 Surfaktan...........................................................................................
5
2.1.1 HLB (Hydrophile-Lipophile Balance) ......................................
6
2.1.2 Tegangan Permukaan ..............................................................
7
2.1.3 Tegangan Antarmuka ...............................................................
7
2.1.4 Kemampuan pembusaan ...........................................................
7
2.1.5 Stabilitas Emulsi ......................................................................
8
2.2 Alkil Poliglikosida ............................................................................
9
2.2.1 Butanolisis ...............................................................................
12
2.2.2 Transasetalisasi ........................................................................
13
2.2.3 Netralisasi ................................................................................
14
2.2.4 Distilasi ....................................................................................
15
2.2.5 Pemucatan (bleaching) .............................................................
15
2.2.6 Bahan Pemucat ........................................................................
16
2.2.7 Katalis ......................................................................................
18
2.2.8 Natrium Borohidrat (NaBH4) ...................................................
19
2.2.9 Arang Aktif ..............................................................................
20
2.2.10 Proses Pencoklatan .................................................................
21
2.3 Bahan Baku Alkil Poliglikosida.........................................................
22
2.3.1 Alkohol Lemak ........................................................................
22
2.3.2 Sumber Karbohidrat .................................................................
23
2.3.3 Tapioka ....................................................................................
24
3 METODOLOGI PENELITIAN ...........................................................
27
3.1 Kerangka Pemikiran ..........................................................................
27
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................
28
3.3 Alat dan Bahan ..................................................................................
28
3.4 Metode Penelitian..............................................................................
28
3.4.1 Penentuan Rasio Mol Katalis dan Suhu Butanolisis ..................
28
3.4.2 Tahap Produksi APG (sintesis dan pemurnian) .........................
30
3.4.2.1 Proses Sintesis APG (Butanolisis dan Transasetalisasi)...
30
3.4.2.2 Proses Pemurnian APG...................................................
30
3.4.3 Karakterisasi ............................................................................
32
4 HASIL DAN PEMBAHASAN ..............................................................
33
4.1 Pengaruh Rasio Mol Katalis dan Suhu pada Proses Butanolisis .........
33
4.1.1 Residu Gula Pereduksi .............................................................
34
4.1.2 Residu Total Gula ....................................................................
36
4.1.3 Kejernihan ...............................................................................
38
4.1.4 Pemilihan Rasio Mol dan Suhu Terbaik Proses Butanolisis ......
40
4.2 Produksi APG ...................................................................................
41
4.2.1 Proses Sintesis (Butanolisis dan Transasetalisasi) .....................
41
4.2.2 Proses Pemurnian APG ............................................................
42
4.2.2.1 Proses Penyaringan .........................................................
42
4.2.2.2 Proses Netralisasi ...........................................................
43
4.2.2.3 Penambahan Arang Aktif dan NaBH4 .............................
44
4.2.2.4 Proses Distilasi ...............................................................
44
4.2.2.5 Proses Pemucatan (Bleaching) ........................................
45
4.2.2.6 Karakteristik Kejernihan .................................................
45
4.2.2.7 Rendemen ......................................................................
47
4.3 Karakterisasi APG .............................................................................
48
4.3.1 Kemampuan Menurunkan Tegangan Permukaan ......................
48
4.3.2 Kemampuan Menurunkan Tegangan Antarmuka ......................
50
4.3.3 Kestabilan Emulsi ....................................................................
52
4.3.4 Pembusaan (Tinggi dan Kestabilan Busa) .................................
54
4.3.5 Penentuan Perlakuan Terbaik ...................................................
56
4.3.6 Analisa Gugus Fungsi ..............................................................
58
4.3.7 Karakterisasi Formasi Emulsi dengan menentukan nilai HLB..
58
4.3.8 Perbandingan Karakteristik APG Sintesis dan APG Komersial .
60
4.4 Perhitungan Biaya Bahan Baku Untuk Produksi APG .......................
61
5 KESIMPULAN DAN SARAN ..............................................................
63
5.1 Kesimpulan .......................................................................................
63
5.2 Saran.................................................................................................
63
DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................
65
LAMPIRAN .............................................................................................
69
DAFTAR TABEL
Halaman 1
Nilai HLB dan Aplikasinya ......................................................................
6
2
Data Impor Surfaktan Nonionik Indonesia ...............................................
9
3
Syarat Mutu Tapioka ................................................................................ 25
4
Derajat Polimerisasi dan Persentase Residu Total Gula dari Berbagai Sampel ..................................................................................................... 38
5
Perbandingan Karakteristik APG Sintesis dan APG Komersial ................ 61
6
Biaya Bahan Baku Pembuatan APG ......................................................... 62
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1
Proses Sintesis Alkil poliglikosida (APG) dengan Metode Satu dan Dua Tahap. .........................................................................................
10
2
Proses Sintesis APG Satu Tahap .........................................................
11
3
Proses Sintesis APG Dua Tahap ..........................................................
12
4
Reaksi Perubahan Gugus Aldehid/Keton Menjadi Gugus Alkohol dengan Pereduksi NaBH4 ....................................................................
20
5
Proses Perubahan D-glukosa Menjadi HMF ........................................
22
6
Pemilihan karbohidrat dalam industri APG .........................................
24
7
Diagram Alir Proses Butanolisis Tahap Pertama .................................
29
8
Diagram Alir Proses Produksi APG ....................................................
32
9
Pengaruh Faktor Rasio Mol Katalis dan Faktor Suhu Terhadap Residu Gula Pereduksi ....................................................................................
35
10 Pengaruh Faktor Rasio Mol Katalis dan Faktor Suhu Terhadap Residu Total Gula ...........................................................................................
37
11 Hasil dari Proses Butanolisis ...............................................................
39
12 Pengaruh Rasio Mol Katalis dan Suhu Terhadap Kejernihan (%T) ......
39
13 Perbandingan Hasil Pengamatan Residu Gula Pereduksi, Residu Total Gula dan Kejernihan Dari Tiap Perlakuan ...........................................
41
14 Hasil Akhir Proses Transasetalisasi .....................................................
42
15 Perubahan Warna Pada Saat Netralisasi Menggunakan NaOH.............
44
16 APG Kasar Hasil Proses Destilasi .......................................................
45
17 Produk APG Murni Hasil Proses Pemucatan (Bleaching) ....................
46
18 Hasil Analisa Kejernihan Produk APG Sintesis ...................................
47
19 Rendemen APG dari Perlakuan Penambahan Arang Aktif dan NaBH4
48
20 Kemampuan Menurunkan Tegangan Permukaan dari APG yang Dihasilkan ...........................................................................................
50
21 Kemampuan Menurunkan Tegangan Antarmuka APG Sintesis pada Konsentrasi 1% Bahan Aktif ...............................................................
52
22 Proses Penghitungan Kestabilan Emulsi ..............................................
53
23 Tingkat Kestabilan Emulsi Air dan Xilena dari Penambahan APG ......
54
24 Pengaruh Penambahan Arang Aktif dan NaBH4 Terhadap Tinggi Busa
55
25 Pengaruh Penambahan Arang Aktif dan NaBH4 Terhadap Stabilitas Busa ....................................................................................................
56
26 Skor dari Perlakuan Penambahan Arang Aktif dan NaBH4 ..................
57
27 Perbandingan Gugus Fungsi FTIR Antara APG Hasil Sintesis dan APG Komersial ...................................................................................
59
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1
Prosedur Analisis Surfaktan Alkil Poliglikosida (APG) .......................
71
2
Analisa Statistik Residu Gula Reduksi Hasil Proses Butanolisis ..........
75
3
Analisa Statistik Residu Total Gula Hasil Proses Butanolisis...............
76
4
Analisa Statistik Kejernihan Hasil Proses Butanolisis ..........................
77
5
Perbandingan Residu Gula Reduksi, Residu Total Gula, dan Kejernihan Hasil Proses Butanolisis ....................................................
78
6
Hasil Perbandingan Gula Reduksi Setelah Proses Transasetalisasi.......
79
7
Proses Butanolisis ...............................................................................
80
8
Analisa Statistik Kejernihan APG Murni .............................................
81
9
Analisa Statistik Rendemen APG Murni .............................................
83
10 Analisa Statistik Kemampuan Menurunkan Tegangan Permukaan APG Murni .........................................................................................
84
11 Analisa Statistik Kemampuan Menurunkan Tegangan Antarmuka APG Murni .........................................................................................
87
12 Analisa Statistik Kestabilan Emulsi APG Murni..................................
90
13 Analisa Statistik Pembusaan APG Murni ............................................
93
14 Penentuan Perlakuan Terbaik Pemurnian APG Melalui Pembobotan parameter ukurnya .............................................................................
95
15 Perhitungan HLB ................................................................................
96
16 Perhitungan Biaya Bahan Baku Produksi APG ....................................
97
I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Surfaktan merupakan senyawa yang memiliki kemampuan menurunkan tegangan permukaan dan antarmuka. Surfaktan memiliki gugus hidrofilik dan hidrofobik dalam satu molekul. Karena sifat inilah surfaktan dapat digunakan sebagai bahan penggumpal, pembusaan, dan emusifier oleh industri farmasi, kosmetik, kimia, pertanian dan pangan. Peningkatan kebutuhan akan surfaktan diikuti oleh semakin berkembangnya industri-industri pengguna surfaktan. Saat ini perilaku industri selalu dihadapkan pada masalah lingkungan terutama dari segi bahan baku dan limbah yang dihasilkan. Untuk menjawab masalah tersebut, industri surfaktan mulai menghasilkan surfaktan yang memiliki sifat bebas dari toxic, biodegradable, dan mudah diformulasikan dengan komponen lain. Flider (2001) menyatakan bahwa surfaktan berbahan alami dapat dibagi menjadi empat kelompok yaitu berbasis minyak-lemak (monogliserida, digliserida, poligliserol ester, MES, dietanolamida, dan sebagainya), berbasis karbohidrat (alkil poliglikosida, sorbitan esters, sukrosa ester, alkil xylosides, dan n-metil glukamida), ekstrak bahan alami (lesitin dan saponin), dan biosurfaktan yang diproduksi oleh mikroorganisme (rhamnolipida, sophorolipida, lipopeptida dan sebagainya). Alkil poliglikosida merupakan surfaktan nonionik ramah lingkungan yang dihasilkan dari bahan baku pati dan alkohol lemak. Surfaktan alkil poliglikosida (APG) merupakan salah satu surfaktan nonionik yang ramah lingkungan karena disintesis dengan menggunakan bahan baku yang berbasis minyak nabati dan karbohidrat seperti tapioka, sagu, dan lain-lain. APG telah diklasifikasikan sebagai surfaktan kelas satu yang ramah lingkungan (Hill et al. 2000) yang banyak digunakan untuk industri personal care product, herbisida, kosmetik dan industri tekstil. Surfaktan APG ini tidak berbahaya untuk mata, kulit dan membran, mengurangi efek iritan serta dapat terurai dengan baik secara aerob dan anaerob (Mehling et al. 2007) Kebutuhan akan APG di Indonesia saat ini dipenuhi dari impor. APG sebagai surfaktan nonionik mempunyai keunggulan yaitu sifat tidak beracun
(nontoxic), tidak menyebabkan iritasi dan ramah terhadap lingkungan. Hal ini mengakibatkan tingginya mengakibatkan permintaan dunia terhadap surfaktan ini mencapai 85.000 ton/tahun (Hill 2009), sedangkan jumlah impor surfaktan nonionik yang masuk ke indonesia pada tahun 2009 mencapai 18.176 ton. Disisi lain Indonesia memiliki potensi kelapa sawit yang sangat besar dengan hasil produksi CPO mencapai 17 juta ton pada tahun 2008 dan produksi PKO 2,6 juta ton pada tahun 2009 yang dapat disintesa menjadi alkohol lemak. Jumlah produksi alkohol lemak indonesia pada tahun 2009 mencapai 155.000 ton. Potensi akan sumber pati di Indonesia juga sangat besar. Sumber karbohidrat yang potensial di Indonesia dapat berasal dari umbi-umbian seperti ubi kayu ataupun dari batang seperti sagu. Namun jika dibandingkan antara kedua sumber pati tersebut, ubi kayu lebih mudah dibudidayakan jika dibandingkan dengan sagu. Produksi ubi kayu Indonesia pada tahun 2008 mencapai 21,7 juta ton. Melihat potensi permintaan yang besar di Indonesia akan surfaktan nonionik, maka peluang untuk produksi APG sebagai salah satu surfaktan nonionik masih sangat besar. Permasalahan dalam proses pengolahan pati dan alkohol lemak menjadi APG yaitu kelarutan monosakarida, oligosakarida, dan polisakarida yang rendah terhadap alkohol lemak; proses pemisahan alkohol lemak yang tidak ikut bereaksi; menghilangkan by-product yang terbentuk seperti warna yang gelap; bau yang menyengat; dan performa yang kurang bagus. Pada pembuatan APG, pati digunakan sebagai sumber gugus hidrofiliknya melalui beberapa tahapan proses. Pertama yaitu tahap butanolisis untuk mengubah pati menjadi gula sederhana dan membuat ikatan dengan alkohol rantai pendek dengan bantuan katalis asam. Proses dilanjutkan ke tahap transasetalisasi untuk mengganti alkohol rantai pendek dari butanol dengan alkohol rantai panjang yang berasal dari alkohol lemak. Alkohol lemak yang tidak bereaksi dikeluarkan melalui proses distilasi, kemudian APG yang dihasilkan dilakukan proses pemucatan untuk mendapatkan APG murni. Permasalahan utama dalam sintesis surfaktan alkil poliglikosida (APG) yaitu terbentuknya warna gelap yang tidak diinginkan. Warna yang gelap diakibatkan oleh proses pencoklatan non-enzimatis dengan terbentuknya
furfuraldehid dari turunan pati. Penggunaan bahan baku yang berasal dari pati ataupun gula-gula sederhana dalam pembuatan alkil poliglikosida sangat mudah mengalami degradasi akibat penggunaan suhu tinggi dan keadaan asam maupun basa selama proses sintesis. Proses degradasi inilah yang menghasilkan byproduct yang tidak diinginkan selama proses sintesis APG Perbedaan sifat kepolaran dari bahan baku menyebabkan ikatan antara glukosa hasil degradasi pati dengan alkohol lemak sulit untuk saling terikat, sehingga glukosa lebih mudah membentuk sebuah polimer (polydextrose) atau terjadinya dehidrasi pada glukosa menjadi hidroksil metil furfural (HMF) sebelum berikatan dengan alkohol lemak. Terbentuknya polimer glukosa dan HMF merupakan penyebab terjadinya warna gelap. Kondisi ini sangat dimungkinkan untuk terjadi karena perlakuan suhu yang tinggi, kandungan air bahan dan keadaan asam selama proses sintesis.
1.2 Tujuan Penelitian 1.2.1 Tujuan Umum Tujuan umum dari penelitian ini yaitu untuk mendapatkan desain proses produksi dan pemurnian APG dengan karakteristik dan kinerja yang baik.
1.2.2 Tujuan Khusus Tujuan khusus dari penelitian ini yaitu : 1.
Mengetahui pengaruh suhu, dan rasio mol katalis selama proses butanolisis terhadap karakteristik dan tingkat konversi pati.
2.
Mendapatkan konsentrasi penambahan arang aktif dan NaBH4 pada proses pemurnian terhadap karakteristik dan kinerja APG yang dihasilkan.
2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 S u r f a k t a n Surfaktan merupakan senyawa aktif penurun tegangan permukaan (surface active agent). Surfaktan merupakan molekul amphipatic yang memiliki sifat hidrofilik yang bersifat polar dan hidrofobik yang bersifat non polar. Karena sifat ini surfaktan dapat larut dalam larutan yang berbeda derajat polaritas dan ikatan hidrogennya seperti air dan minyak. Konfigurasi hidrofilik dan hidrofobik tersebut membuat surfaktan memiliki fungsi yang beragam di berbagai industri. Aplikasi surfaktan dalam industri antara lain sebagai pembasah, pembentukan busa, penstabil emulsi, dan lain sebagainya yang memanfaatkan perbedaan sifat dari gugus hidrofilik dan gugus hidrofobik yang dimiliki oleh surfaktan Surfaktan dibagi menjadi empat kelompok penting dan digunakan secara luas pada hampir semua sektor industri modern. Jenis-jenis surfaktan tersebut adalah surfaktan anionik, surfaktan kationik, surfaktan nonionik dan surfaktan amfoterik (Rieger 1985). Pembagian jenis-jenis surfaktan tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: 1.
Surfaktan kationik, merupakan surfaktan yang bagian pangkalnya berupa gugus hidrofilik dengan ion bermuatan positif (kation). Umumnya merupakan garam-garam amonium kuarterner atau amina.
2.
Surfaktan anionik, merupakan surfaktan yang gugus hidrofiliknya dengan ion bermuatan negatif (anion). Umumnya berupa garam natrium, akan terionisasi menghasilkan Na+ dan ion surfaktan yang bermuatan negatif.
3.
Surfaktan nonionik, merupakan surfaktan yang tidak berdisosiasi dalam air, kelarutannya diperoleh dari sisi polarnya. Surfaktan jenis ini tidak membawa muatan elektron, tetapi mengandung hetero atom yang menyebabkan terjadinya momen dipol.
4.
Surfaktan amfoterik, mengandung gugus yang bersifat anionik dan kationik seperti pada asam amino. Sifat surfaktan ini tergantung pada kondisi media dan nilai pH. Sifat hidrofilik surfaktan nonionik terjadi karena adanya grup yang dapat
larut dalam air yang tidak berionisasi. Biasanya grup tersebut adalah gugus
hidroksil (R–OH) dan gugus eter (R–O–R’). Daya larut dalam air gugus hidroksil dan eter lebih rendah dibandingkan dengan kelarutan gugus sulfat atau sulfonat. Kelarutan grup hidroksil atau eter dalam air dapat ditingkatkan dengan penggunaan grup multihidroksil atau multieter. Beberapa contoh produk multihidroksil (hasil reaksi antara gugus hidrofob dengan produk multihidroksil) antara lain: glukosida, gliserida, glikol ester, gliserol ester, poligliserol ester dan poligliserida, poliglikosida, sorbitol ester dan sukrosa ester (Porter 1991). Flider (2001) menyatakan bahwa surfaktan berbasis bahan alami dapat dibagi menjadi empat kelompok yaitu : 1.
Berbasis minyak-lemak seperti monogliserida, dan poligliserol ester
2.
Berbasis karbohidrat seperti alkil poliglikosida, dan n-metil glukamida
3.
Ekstrak bahan alami seperti lesitin dan saponin
4.
Biosurfaktan yang diproduksi oleh mikroorganisme seperti rhamnolipid dan sophorolipid
2.1.1 H L B (Hydrophile-Lipophile Balance) Keseimbangan antara gugus hidrofilik dan hidrofobik pada surfaktan dihitung dengan nilai HLB (Hydrophile-Lipophile Balance). Menurut Holmberg et al. (2003) nilai HLB menentukan aplikasi dari surfaktan yang dihasilkan. Nilai HLB dan aplikasinya dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Nilai HLB dan aplikasinya Nilai HLB
Aplikasi
3–6 7–9 8 – 14 9 – 13 10 – 13 12 – 14
Pengemulsi W/O Wetting agent Pengemulsi O/W Detergen Solubilizer Dispersant
Sumber : Menurut Holmberg et al. (2003)
2.1.2 Tegangan permukaan Tegangan permukaan dirumuskan sebagai energi yang dibutuhkan untuk memperbesar permukaan suatu cairan sebesar 1 cm2. Tegangan permukaan
disebabkan oleh adanya gaya tarik-menarik dari molekul cairan. Tegangan permukaan dapat diukur menggunakan Tensiometer du Nouy dan dinyatakan dalam dyne/cm atau mN/m. Pada cairan terdapat molekul-molekul yang tersebar di bawah pemukaan dan pada permukaan cairan. Molekul-molekul ini saling tarik menarik. Gaya tarikmenarik molekul di bawah permukaan cairan tersebut kemudian mendapatkan gaya tarik dari molekul-molekul dibawahnya yang mencoba menarik ke tubuh cairan, sehingga menyebabkan cairan mengambil bentuk yang memungkinkan luas permukaan menjadi sekecil mungkin. Bentuk tersebut adalah bentuk bola (sphere). Besarnya energi yang mengendalikan bentuk cairan tersebut dinamakan tegangan permukaan. Semakin besar ikatan antar molekul-molekul dalam cairan maka semakin besar tegangan permukaan (Bodner dan Pardue 1989).
2.1.3 Tegangan antarmuka Surfaktan berfungsi sebagai senyawa aktif yang dapat digunakan untuk menurunkan energi pembatas yang membatasi dua cairan yang tidak saling larut, kemampuan ini disebabkan oleh gugus hidrofilik dan hidrofobik yang dimiliki oleh surfaktan. Surfaktan akan menurunkan gaya kohesi dan sebaliknya meningkatkan gaya adhesi sehingga dapat menurunkan tegangan permukaan dan tegangan antarmuka (Matheson 1996). Tegangan antarmuka adalah gaya persatuan panjang yang terjadi pada antarmuka dua fase cair yang tidak dapat tercampur. Tegangan antarmuka sebanding dengan tegangan permukaan, akan tetapi nilai tegangan antarmuka akan selalu lebih kecil daripada tegangan permukaan pada konsentrasi yang sama (Moecthar 1989)
2.1.4 Kemampuan pembusaan Kebanyakan surfaktan dalam larutan dapat membentuk busa, baik secara diinginkan maupun tidak diinginkan dalam penggunaannya. Busa cair adalah sistem koloid dengan fase terdispersi gas dan medium pendispersi zat cair. Kestabilan busa diperoleh dari adanya zat pembusa (surfaktan). Zat pembusa ini teradsorpsi ke daerah antar fase dan mengikat gelembung-gelembung gas sehingga diperoleh suatu kestabilan (Noerdin 2008).
Struktur busa cair tidak ditentukan oleh komposisi kimia atau ukuran busa rata-rata melainkan kandungan zat cairnya. Jika fraksi cair lebih dari 5%, maka gelembung gas akan mempunyai bentuk hampir bola, sebaliknya, jika kurang dari 5% maka bentuk gelembung gas adalah polihedral. Struktur busa dapat berubah jika diberi gaya dari luar, apabila gaya tersebut kecil, maka struktur busa akan kembali ke bentuk awal setelah gaya tersebut ditiadakan. Namun, jika gaya yang diberikan cukup besar, maka akan terjadi deformasi (Noerdin 2008). Kemampuan pembusaan dipengaruhi oleh panjang rantai hidrokarbon. Dibandingkan dengan surfaktan anionik sebagai agen pembusa yang telah lama digunakan, surfaktan nonionik dianggap sebagai surfaktan yang memiliki kemampuan pembusaan yang lebih rendah. Ware et al. (2007), melakukan pengujian kemampuan pembusaan antara surfaktan Sodium Lauryl Sulfate (SLS), APG C10 dan APG C12. Hasilnya yang diperoleh yaitu kemampuan surfaktan APG memiliki kemampuan pembusaan lebih rendah dibandingkan surfaktan SLS.
2.1.5 Stabilitas emulsi Mekanisme kerja dari surfaktan untuk menstabilkan emulsi yaitu dengan menurunkan tegangan permukaan dengan membentuk lapisan pelindung yang menyelimuti globula fase terdispersi, sehingga senyawa yang tidak larut akan lebih mudah terdispersi dalam sistem dan bersifat stabil. Emulsi yang stabil mengacu pada proses pemisahan yang berjalan lambat sedemikian rupa sehingga proses itu tidak teramati pada selang waktu tertentu yang diinginkan (Kamel 1991) Suatu sistem emulsi, pada dasarnya merupakan suatu sistem yang tidak stabil, karena masing-masing partikel mempunyai kecenderungan untuk bergabung dengan partikel lainnya. Suatu sistem emulsi yang baik tidak membentuk lapisan, tidak terjadi perubahan warna dan konsistensi tetap. Stabilitas emulsi merupakan salah satu karakter penting dan mempunyai pengaruh besar terhadap mutu produk emulsi ketika dipasarkan (Suryani et al. 2000) 2.2 Alkil poliglikosida (APG) Alkil poliglikosida pertama kali disintesis dan diidentifikasi di laboratorium oleh Emil Fischer sekitar 100 tahun yang lalu. Aplikasi paten dengan
menggunakan alkil poliglikosida sebagai bahan bakunya dipublikasikan di Jerman sekitar 40 tahun kemudian hingga saat ini berbagai penemuan tentang alkil poliglikosida terus berkembang. Pada awalnya Fischer mereaksikan glukosa dan alkohol yang bersifat hidrofilik seperti metanol, etanol, gliserol, dan lain-lain kemudian mereaksikannya pada alkohol yang bersifat hidrofobik dengan rantai alkil dari octil (C8) hingga heksadecil (C16) yang merupakan sifat dari alkohol lemak. Hasil sintesis yang diperoleh berupa kumpulan dari alkil mono, poli, dan oliglikosida. Karena kompleksitas inilah maka produk yang dihasilkan disebut Alkil poliglikosida (Hill 2000). Alkil poliglikosida (APG) merupakan surfaktan nonionik yang ramah lingkungan karena disintesis dengan menggunakan bahan baku yang berbasis karbohidrat dan alkohol lemak. APG telah diuji mengenai dampak terhadap lingkungan dan telah mendapatkan beberapa green label seperti Ecocert, EU Ecoflower, Green Seal dan sebagainya sebagai surfaktan yang ramah lingkungan. APG juga tidak beracun atau berbahaya bagi manusia, memiliki sifat iritasi yang rendah pada kulit jika dibandingkan dengan surfaktan lainnya (Mehling et al. 2007). Saat ini produksi APG dunia mencapai 85.000 ton/tahun (Hill 2009). Kebutuhan surfaktan nonionik APG di Indonesia saat ini dipenuhi dari impor. Kebutuhan surfaktan nonionik di Indonesia dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Data impor surfaktan non ionik Indonesia Tahun 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Jan-Agt 2010
Jumlah (Kg) 14.527.188 25.342.925 16.735.515 15.408.042 14.865.928 17.168.473 18.176.494 17.016.995
Nilai (US$) 17.351.004 38.339.722 29.790.690 26.659.130 28.353.164 42.172.772 38.617.994 38.878.278
Sumber: BPS (2010)
Proses produksi APG dapat dilakukan melalui dua prosedur yang berbeda, yaitu prosedur pertama berbasis bahan baku pati dan alkohol lemak (pati-alkohol lemak), sedangkan prosedur kedua berbasis bahan baku dekstrosa (gula turunan
pati) dan alkohol lemak (dekstrosa-alkohol lemak). Diagram proses pembuatan APG dari masing-masing prosedur disajikan pada Gambar 1. Pada diagram proses tersebut dapat dilihat perbedaan proses sintesis APG antara tahap prosedur pertama dengan kedua. Prosedur pertama, berbasis pati-alkohol lemak melalui proses butanolisis dan transasetalisasi, sedangkan prosedur kedua yang berbasis dekstrosa-alkohol lemak hanya melalui proses asetalisasi sebelum masing-masing prosedur masuk ke proses netralisasi, distilasi, pelarutan dan pemucatan (Hill 2000).
BUTANOL
ALKOHOL LEMAK
PATI
BUTANOLISIS
GLUKOSA ANHIDRAT / GLUKOSA MONOHIDRAT
TRANSASETALISASI
ASETALISASI
ALKOHOL LEMAK
NETRALISASI BUTANOL DAN AIR DISTILASI
PROSES DUA TAHAP
ALKOHOL LEMAK PROSES SATU TAHAP
PEMUCATAN
APG
Gambar 1 Proses sintesis Alkil poliglikosida (APG) dengan metode satu dan dua tahap (Hill 2000)
Menurut Wuest et al. (1992), sintesis surfaktan APG dapat dengan reaksi dua tahap dari pati atau hasil degradasi pati seperti poliglukosa atau sirup glukosa, tahap pertama direaksikan dengan alkohol rantai pendek, terutama butanol, dan tahap kedua transasetalisasi direaksikan dengan
rantai lebih panjang C8-22
terutama C12-18 dari alkohol lemak bahan baku alami. Reaksi butanolisis dilakukan pada suhu diatas 125 OC dan dengan tekanan 4-10 bar. Reaksi transasetalisasi dilaksanakan pada temperatur 115-118 OC pada kondisi vakum dengan rasio mol pati dengan alkohol rantai panjang adalah 1:1,5 sampai 1:7, 1:2,5 sampai 1:7, dan 1:3 sampai 1:5, sedangkan rasio mol sakarida : air = 1:5 sampai 1:12, 1:6 sampai 1:12, 1:6 sampai 1:9, 1:6 sampai 1:8. Menurut Buchanan et al. (1998) tahapan proses APG dengan dua tahap meliputi
langkah-langkah
dasar
sebagai
berikut:
1)
reaksi
glikosidasi
menggunakan katalis asam dari sumber monosakarida dengan butanol untuk membentuk butil glikosida, dengan pemisahan gugusan air selama reaksinya, 2) transglikosidasi dari butil glikosida dengan C8 sampai C20 alkohol menjadi APG rantai panjang, dengan pemisahan butanol selama reaksinya, 3) netralisasi dari katalis asam, 4) distilasi untuk memisahkan rantai panjang alkohol yang tidak bereaksi, 5) pemucatan untuk meningkatkan warna dan bau dari produk, dan 6) isolasi alkil poliglikosida. Reaksi glikosidasi dan transglikosidasi dikendalikan pada keadaan seimbang sampai katalis dinetralkan. Untuk proses sintesis APG tipe tahap tunggal (Gambar 2) meliputi semua langkah dari proses dua tahap (Gambar 3), dengan pengecualian pada penggabungan langkah 1 dan 2 yang ditunjukkan di atas dengan mereaksikan glukosa secara langsung dengan rantai panjang alkohol.
Gambar 2 Proses sintesis APG satu tahap (Hill 2000)
I.
Pati-patian
Butanol
Butil Glikosida
Air
II.
Alkohol lemak
Keterangan :
Alkil Poliglikosida
Butanol
I. Reaksi Glikosidasi (Butanolisis) II. Reaksi Transglikosidasi (Transasetalisasi)
Gambar 3 Proses sintesis APG dua tahap (Hill 2000)
2.2.1 Butanolisis Lueders (2000), melakukan penelitian dengan mereaksikan pati dengan butanol dan katalis p-toluene sulfonic acid (PTSA) dengan rasio mol 11,3 butanol, dan 0,012 mol p-toluene sulfonic acid dalam reaktor bertekanan pada suhu 160 OC selama 30 - 40 menit. Hasil yang diperoleh dari proses sintesis tersebut yaitu 87% butilglikosida yang berwarna coklat tua. Penggunaan suhu atau konsentrasi katalis yang rendah mengakibatkan penurunan jumlah konversi yang nyata. Butil glikosida yang dihasilkan dapat langsung di konversi langsung menjadi APG dengan mereaksikannya dengan alkohol rantai panjang. Wuest et al. (1992), melakukan proses butanolisis dengan rasio mol 8 mol air; 8,5 mol butanol; dan 0,036 mol PTSA per satu mol pati. Dengan suhu 140 OC selama 30 menit dengan tekanan 5 bar.
Penggunaan suhu dan konsentrasi asam yang rendah
mengakibatkan penurunan konversi produk butil glikosida yang dihasilkan. Butil glikosida terbentuk dari sakarida, butanol, asam dan dalam keadaan panas serta bertekanan, Jika bahan baku sakarida yang digunakan berasal dari pati, maka terlebih dahulu terjadi proses hidrolisis kemudian proses alkoholisis, selain terbentuknya butil glikosida atau butil oligosida juga terbentuk warna yang gelap akibat degradasi dari gula. Pada proses butanolisis juga terjadi pemisahan air dari
hasil reaksi glukosa dan butanol dengan bantuan ion H + dari katalis (Lueders 1989). Alkoholisis pati menjadi glikosida memerlukan kondisi yang lebih kompleks daripada glikosidasi dari D-glukosa atau transglikosidasi dari alkil glikosida sederhana. Penyebabnya adalah struktur molekul dari pati yang tersusun dari amilosa dan amilopektin yang memiliki kemampuan swelling terbatas pada alkohol, khususnya alkohol hidrofobik, dan berkurangnya jembatan hidrogen antar molekul. Ikatan α(1,6) glikosida pada atom karbon kedua menunjukkan kestabilan yang lebih besar daripada ikatan atom yang pertama pada alkil glikosida sederhana (Lueders 2000).
2.2.2 Transasetalisasi Alkil poliglikosida merupakan suatu asetal yang diperoleh dari pati (glukosa) dan alkohol rantai panjang (C8–C22). Sehingga proses pengikatan glukosa siklis terhadap alkohol sering disebut reaksi asetalisasi (Wuest et al. 1992). Salah satu proses asetalisasi bisa melalui glikosidasi (pembentukan ikatan glikosida) glukosa dengan menggunakan alkohol berlebih sehingga proses asetalisasi pada sintesis APG sering juga disebut glikosidasi. Gugus hidrofobik pada APG diperoleh dari alkohol rantai panjang alkohol lemak. Alkohol lemak memiliki gugus hidroksil (OH) yang sifat kelarutannya sangat dipengaruhi oleh ikatan hidrogen yang berikatan dengan atom karbon. Dengan bertambah panjangnya rantai karbon, maka pengaruh gugus hidroksil yang bersifat polar menurun dan sifat non polar akan semakin tinggi. Alkohol lemak pada APG diperlukan untuk memperoleh gugus alkil rantai panjang sebagai bagian yang bersifat hidrofobik. Pemilihan alkohol lemak yang tepat juga akan berpengaruh pada suhu transasetalisasi berlangsung sebab semakin panjang rantai maka titik didihnya semakin tinggi. Selama proses transasetalisasi berlangsung, sisa butanol dan air yang dihasilkan pada proses butanolisis akan keluar melalui proses distilasi vakum. Selama proses transasetalisasi diharapkan air yang terdapat pada bahan segera mungkin diuapkan bersamaan dengan butanol yang tidak bereaksi selama proses butanolisis. Kehadiran air dan glukosa dapat menyebabkan terbentuknya
polidektrosa yang merupakan hasil samping yang tidak diinginkan dan merupakan salah satu penyebab terbentuknya warna gelap. Kondisi asam dan suhu tinggi selama sintesis alkil poliglikosida menghasilkan produk sekunder seperti polidekstrosa, dan warna kotoran. Dengan menggunakan suhu yang lebih rendah (<100
O
C) pada proses asetalisasi
menghasilkan produk sekunder yang rendah, namun waktu reaksi yang dibutuhkan lebih lama. Pada penggunaan suhu tinggi (>120
O
C) dapat
mempercepat pembentukan polidekstrosa dan perubahan warna pada karbohidrat. Namun hal penting lainnya yang harus diperhatikan yaitu bagaimana cara untuk menghilangkan air dalam sistem reaksi dengan mengurangi tekanan. Namun air masih diperlukan dalam jumlah tertentu (sekitar 0,1-0,25%) untuk menghindari terjadinya dehidrasi pada glukosa yang dapat menyebabkan karamelisasi (Eskuchen dan Nitsche 1997).
2.2.3 Netralisasi Tahapan netralisasi bertujuan unutk menghentikan proses transasetalisasi dengan menambahkan basa hingga mencapai pH 8–10. Basa yang digunakan untuk proses netralisasi meliputi alkali metal, almunium salt, selain itu dapat digunakan dari anion, dari basa organik maupun inorganik seperti sodium peroksida (NaOH), potasium hidroksida, kalsium hidroksida, almunium hidroksida dan sebagainya. Penggunaan NaOH sangat dianjurkan karena NaOH tidak bereaksi dengan alkohol atau produk. Proses penambahan dengan menggunakan NaOH akan lebih mudah karena berbentuk larutan dan tidak memerlukan penyaringan untuk menghilangkan garam yang terbentuk (Wuest et al. 1992). Proses netralisasi juga diperlukan karena sakarida akan lebih mudah rusak dalam keadaan asam selama proses destilasi yang menggunakan suhu yang tinggi. Untuk memastikan bahwa kadar glukosa tersisa tidak akan bereaksi menghasilkan produk yang tidak diinginkan pada saat destilasi menggunakan suhu tinggi, maka pada larutan dapat ditambahkan natrium borohidrat (NaBH 4) yang dapat mengubah glukosa menjadi sorbitol. Diperlukan 1 g NaBH4 untuk setiap 10 -20 g glukosa yang berlebih. Sorbitol lebih tahan terhadap kondisi asam
dan suhu tinggi, sehingga diharapkan tidak terjadi perubahan warna selama proses distilasi (McCurry 2000). Luders (2000), mereduksi sisa glukosa menjadi sorbitol dengan menambahkan 0,1% sodium borohidrat dan memisahkan sisa alkohol lemak pada suhu 180 OC, dan hasil yang diperoleh yaitu APG yang memiliki warna yang lebih terang dibandingkan tanpa penambahan sodium borohidrat. Lueders (1991), melakukan penambahan arang aktif 1–10% sebelum dan sesudah proses destilasi dan diperoleh APG yang lebih cerah pada penambahan sebelum proses distilasi. Namun karena sifat arang aktif yang hidrofobik maka akan mengurangi sifat nonpolar dari surfaktan (Rosu 2007)
2.2.4 Distilasi Tahapan distilasi bertujuan untuk menghilangkan alkohol lemak yang tidak ikut bereaksi. Proses distilasi ini memerlukan suhu tinggi dan tekanan rendah untuk memisahkan/menguapkan alkohol lemak yang tidak ikut bereaksi. Proses distilasi ini dapat dilakukan pada suhu sekitar 140-180 OC dengan tekanan vakum, tergantung alkohol lemak yang digunakan. Semakin panjang rantai alkohol lemak maka semakin tinggi suhu dan semakin rendah tekanan yang dibutuhkan. Pada tahapan destilasi diharapkan memperoleh kandungan alkohol lemak sekecil mungkin pada produk APG yaitu kurang dari 5% dari berat produk. Kelebihan alkohol lemak yang tidak bereaksi pada produk akan mengurangi efektifitas kerja dari surfaktan APG. Hasil akhir proses distilasi akan diperoleh produk surfaktan APG kasar berbentuk pasta yang berwarna kecoklatan dan berbau kurang enak. Oleh karena itu perlu dilakukan proses pemurnian untuk memperoleh APG yang memiliki penampakan yang lebih baik dan bau yang tidak terlalu menyengat.
2.2.5 Pemucatan (bleaching) Proses pemurnian APG terdiri dari beberapa tahap yaitu : tahap netralisasi, distilasi, pelarutan dan tahap pemucatan serta isolasi produk (Buchanan et al. 2000). Proses pemucatan merupakan tahapan akhir dari sintesis APG untuk menghasilkan APG dengan penampakan dan bau yang lebih baik. Proses pemucatanan dilakukan dengan menambahkan larutan H2O2 dengan penambahan
air dan NaOH yang dilakukan pada suhu 80-90 OC selama 30-120 menit pada tekanan normal (Hill et al. 2000). Buchanan et al. (2000) menyatakan bahwa warna gelap produk surfaktan APG dapat terjadi selama proses sintesis yang disebabkan oleh beberapa faktor yaitu: 1.
Suhu pemanasan yang tinggi dan tidak terkontrol pada tahapan distilasi, sehingga menimbulkan kerusakan warna dan kegosongan pada produk yang terjadi selama distilasi.
2.
Penggunaan katalis asam pada proses sintesis. Pemilihan katalis ini merupakan titik kritis terhadap warna dari produk akhir APG.
3.
Turunan furan dengan warna yang gelap yang tinggi seperti furfuraldehid. Turunan furan ini dihasilkan pada proses dehidrasi monosakarida oleh katalis asam kuat.
4.
Logam seperti Fe, Ca, dan Mn akan menimbulkan warna yang tidak diinginkan dalam produk APG.
2.2.6 Bahan Pemucat Bahan pemucat (bleaching agents) merupakan suatu bahan yang dapat memucatkan atau memudarkan warna suatu substrat melalui proses fisika dan kimia. Proses ini melibatkan proses oksidasi, reduksi, atau adsorpsi yang membuat bagian-bagian yang berwarna pada substrat menjadi lebih larut atau diserap sehingga mudah dihilangkan selama proses pemucatan. Pemucatan dapat juga melibatkan proses kimia yang mengubah kemampuan bagian molekul berwarna untuk menyerap cahaya, yaitu dengan mengubah derajat ketidakjenuhan (Kirk dan Othmer 1985). Pemucatan dengan bahan kimia pada umumnya dibagi dua macam pemucatan, yaitu pemucatan dengan proses oksidasi dan pemucatan dengan reaksi reduksi. Pemucatan dengan menggunakan bahan kimia banyak digunakan karena lebih baik dibandingkan dengan menggunakan adsorben. Keunggulan penggunaan bahan kimia sebagai bahan pemucat adalah karena hilangnya sebagian produk dapat dihindarkan dan zat warna diubah menjadi zat yang tidak berwarna yang tetap tinggal dalam produk (Djatmiko dan Ketaren 1985)
Bahan kimia yang berfungsi sebagai pemucat/pemutih disebut bleaching agents, seperti hidrogen peroksida, ammonium persulfat, azodicarbonamide, CaSO4, TiO2, dll. Dalam penggunaannya, efek pemutihan yang cukup baik hanya diperoleh dengan menggunakan pelarut hidrogen peroksida (H2O2) yang cukup kuat. Hidrogen peroksida (H2O2) tidak berwarna, berbau khas agak keasaman, dan larut dengan baik dalam air. Mayoritas penggunaan hidrogen peroksida adalah dengan memanfaatkan dan merekayasa reaksi dekomposisinya, yang intinya menghasilkan oksigen. Hidrogen peroksida biasa digunakan sebagai bleaching agent pada industri pulp, kertas dan tekstil. Senyawa ini juga biasa dipakai pada proses pengolahan limbah cair, industri kimia, pembuatan deterjen, makanan dan minuman, medis, serta industri elektronika (pembuatan PCB). Hidrogen peroksida bersifat oksidator dan akan merusak ikatan rangkap pigmen menjadi komponen yang tidak berwarna. Aktivitas ini meningkat dengan semakin meningkatnya konsentrasi H2O2. Salah satu keunggulan hidrogen peroksida dibandingkan dengan oksidator yang lainnya adalah sifatnya yang ramah lingkungan karena tidak meninggalkan residu yang berbahaya. Kekuatan oksidatornya pun dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Dalam industri APG hidrogen peroksida dibutuhkan dengan konsentrasi 30% (Buchanan et al. 1998). Penggunaan hidrogen peroksida biasa dikombinasikan dengan NaOH. Semakin basa, maka laju dekomposisi hidrogen peroksida pun semakin tinggi. Hidrogen peroksida dalam kondisi asam sangat stabil, sedangkan pada kondisi basa sangat mudah terurai. Peruraian hidrogen peroksida juga dipercepat dengan naiknya suhu. Zat reaktif dalam sistem pemucatan dengan hidrogen peroksida dalam suasana basa yaitu anion perhidroksil (HOO -). Anion yang terbentuk berasal dari penambahan alkali dan terjadi reaksi sebagai berikut : H2O2 + HO- ↔ HOO- + H2O Ion HOO- inilah yang mempunyai peran aktif didalam proses pemutihan. Namun jika terdapat logam transisi seperti Fe, Mn, Mg dan Cu, dekomposisi hidrogen peroksida dalam larutan basa berlangsung menurut reaksi berikut :
H2O2 + HO2 → H2O + O2 + HO Pada proses pemucatan diharapkan yang terjadi pada persamaan reaksi yang pertama karena menghasilkan ion HOO - sedangkan dengan adanya logam transisi maka dekomposisi hidrogen peroksida akan diarahkan mengikuti persamaan reaksi yang kedua. Pada reaksi yang kedua proses pemucatan berlangsung dengan memberikan efek oksidasi dengan terbentuknya senyawa O2 namun daya pemucatannya kurang efektif jika dibandingkan dengan persamaan pertama (Fuadi dan Sulistya 2008)
2.2.7 Katalis Pemilihan katalis pada proses sintesa APG sangat menentukan keberhasilan terbentuknya ikatan asetal serta memperpendek proses sintesa berlangsung. Katalis-katalis asam yang dapat digunakan pada tahapan proses asetalisasi meliputi : 1.
Asam anorganik: asam fosfat, asam sulfat, asam klorida, dll.
2.
Asam organik: asam triflouroasetat, asam p-toluena sulfonat, asam sulfosuksinat, asam kumena sulfonat, asam lemak tersulfonasi, ester asam lemak tersulfonasi, dll.
3.
Asam dari surfaktan: asam alkil benzena sulfonat, alkohol lemak sulfat, alkoksilat alkohol lemak sulfat, alkil sulfonat rantai lurus, alkil ester dari asam sulfosuccinat, alkil naphthalena sulfonat, dll. Dari katalis tersebut diatas dipilih katalis organik asam p-toluena sulfonat,
karena katalis tersebut cenderung bersifat organik dan dapat terurai serta berupa asam lemah. Jika menggunakan asam kuat, kemungkinan asam akan bereaksi dengan menghidrolisa glukosa. Penggunaan asam lemah juga akan memudahkan dalam proses netralisasi. Selain itu asam p-toluena sulfonat juga bersifat tidak korosif terhadap pipa besi ataupun stainless steel (Hill 2000). Buchanan et al. (2000), menentukan katalis asam yang digunakan dalam proses butanolisis dengan perbandingan rasio mol/mol katalis yaitu 0,018 – 0,036. Sedangkan untuk reaksi transasetalisasi ditambahkan katalis kira-kira 25-50% dari berat katalis pertama.
2.2.8 Natrium Borohidrat (NaBH4) Natrium borohidrat dikenal juga sebagai natrium tetrahidroborat, merupakan senyawa pereduksi anorganik dengan rumus NaBH4. Senyawa ini berbentuk padat berwarna putih, biasa terdapat berbentuk serbuk ataupun granula. Kegunaan senyawa ini sangat luas baik dalam skala laboratorium maupun skala teknis. Sebagian besar digunakan dalam pemucatan pulp kayu. Berat molekul NaBH4 yaitu 37,83 mol/g, dan nilai densitas 1,0740 g/cm3 . NaBH4 biasa digunakan untuk mengubah gugus aldehid dan keton menjadi gugus alkohol (Anonim 2010b). Himakumar et al. (2006) menyatakan bahwa NaBH4 merupakan senyawa pereduksi yang menyimpan unsur hidrogen, dan bereaksi dengan air untuk menghasilkan sejumlah hidrogen. Reaksi NaBH4 dan air dapat dilihat pada persamaan reaksi berikut: NaBH4 + 4H2O → NaBO2.2H2O + 4 H2 + 300 kl Sejumlah H2 yang dihasilkan dari reaksi tersebut digunakan untuk mengubah gugus aldehid pada glukosa ataupun gugus keton pada fruktosa menjadi sorbitol. Sorbitol diketahui lebih tahan pada suhu tinggi sehingga pada proses destilasi yang menggunakan suhu 140-180 OC sorbitol tidak mengalami kerusakan hingga penbentukan warna gelap dapat dihindari. McCurry et al (2000), menambahkan 1 g NaBH4 pada setiap 10-20 g kelebihan glukosa yang tidak bereaksi. Reaksi pembentukan gugus alkohol dari gugus aldehid ataupun keton dengan menggunakan NaBH4 dapat juga dimulai dengan ionisasi NaBH4 menjadi Na+ + (BH4)- . Mula-mula salah satu atom H dari BH4 mendekati ikatan rangkap C=O. salah satu ikatan akan bergeser ke O sehingga atom H akan berikatan dengan C. Atom O - akan mengikat salah satu atom H dari air hingga membentuk gugus alkohol. Secara simultan gugus BH3- mampu berikatan dengan atom O+ (Fox dan Whitesell 1994) Proses ini dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Reaksi perubahan gugus aldehid/keton menjadi gugus alkohol dengan pereduksi NaBH4 (Fox dan Whitesell 1994). 2.2.9 Arang Aktif Arang aktif dibuat dengan mengaktifasi arang dengan tujuan untuk memperbesar luas permukaan arang dengan membuka pori-pori yang tertutup, sehingga memperbesar kapasitas adsorpsi terhadap zat warna. Mutu arang aktif yang diperoleh tergantung dari luas permukaan partikel, ukuran partikel, volume dan luas penampung kapiler, sifat kimia permukaan arang, sifat arang secara alami, jenis bahan pengaktif yang digunakan dan kadar air. Daya adsorpsi arang aktif disebabkan karena arang mempunyai pori-pori dalam jumlah besar, dan adsorpsi akan terjadi karena adanya perbedaan energi potensial antara permukaan arang dan zat yang diserap. Arang aktif sebagai bahan pemucat lebih efektif untuk menyerap warna dibandingkan dengan bleaching clay (Ketaren 2005). Luders (1991), melakukan penambahan arang aktif sebesar 1–10% setelah proses netralisasi APG pada suhu 40-100
O
C. arang aktif dipisahkan dengan
perlakuan sentrifugasi dan dilanjutkan dengan penyaringan. Penggunaan arang aktif sebaiknya menggunakan yang berbentuk serbuk karena memiliki daya serap yang lebih bagus dibandingkan dengan arang aktif yang berbentuk granula,
namun penggunaan arang aktif serbuk dapat menyisakan partikel-partikelnya pada produk yang dihasilkan.
2.2.10 Proses Pencoklatan Proses karamelisasi yang terjadi pada proses sintesis APG merupakan reaksi pencoklatan non enzimatis yang melibatkan degradasi gula karena pemanasan (Mathur 1978). Tanpa melibatkan reaktan yang mengandung nitrogen seperti protein dan asam amino (Putra 1990). Karamelisasi memberikan warna mulai dari kuning hingga coklat tua hingga warna gelap selama peningkatan suhu (Broadhursh 2002). Proses karamelisasi terbagi menjadi tiga tahap yaitu (1) tahap 1,2 enolisasi, (2) tahap dehidrasi, dan (3) tahap pembentukan pigmen. Pada tahap pertama menghasilakn 1,2 enediol. Reaksi ini akan lebih cepat pada pH basa. Tahapan kedua dapat terjadi melalui tahapan dehidrasi (pelepasan air) atau reaksi fisi (pemecahan). Dehidrasi terjadi pada pemanasan gula dalam suasana asam, yaitu pada nilai pH dibawah 6,4 dan mencapai maksimal pada nilai pH dibawah 3. Setelah reaksi dehidrasi maka terbentuk senyawa 4-hidroksimetil-2-furfuraldehida yang merupakan senyawa prekursor dari pigmen coklat (Shallenber dan Birch 1975). Menurut Aida (2007), pembentukan furfural dari D-glukosa diawali dengan pembentukan 1,2 enediol, kemudian terbentuk D-Fruktosa dan dilanjutkan pembentukan 3-Ketose. Setelah itu terbentuk arabinosa yang terdehidrasi mengeluarkan H2O hingga menjadi furfural. Skema proses perubahan glukosa menjadi furfural dapat dilihat pada Gambar 5. Pada keadaan asam encer, monosakarida bersifat relatif stabil dan pada penambahan asam kuat akan terhidrasi menjadi furfural atau hidroksi metil furfural. Pada penambahan alkali encer monosakarida dapat mengalami isomerasi atau terbentuk senyawa yang lebih pendek D-manosa dan D-1-fruktosa. Sedang pada penambahan alkali kuat enediol dapat berubah menjadi formaldehid atau pentosa (Winarno 1992). Proses dehidrasi pelepasan H2O pada gula heksosa membentuk turunan-turunan furfuraldehida, misalnya hidroksil metil furfural (HMF).
Gambar 5 Proses perubahan D-Glukosa menjadi HMF (Aida 2007)
2.3 Bahan Baku Alkil poliglikosida 2.3.1 Alkohol lemak Alkohol lemak dapat diperoleh dari sumber
petrokimia (alkohol lemak
sintetik) maupun dari sumber minyak dan lemak nabati. Alkohol lemak yang digunakan dalam sintesis APG berfungsi untuk membangun gugus hidrofobik. Alkohol lemak alami dapat diperoleh setelah melalui proses transesterifikasi dan fraksinasi lemak dan minyak (trigliserida) kemudian di hidrogenasi (Noerdin 2008). Alkohol lemak utamanya digunakan sebagai bahan intermediates, di eropa barat hanya 5% yang digunakan secara langsung dan kira-kira 95% dimanfaatkan dalam bentuk turunannya. Pemanfaatan alkohol lemak untuk pembuatan surfaktan kira-kira sebesar 70-75% (Presents 2000). Lebih dari dua per tiga atau sekitar 80% dari jumlah alkohol lemak yang diproduksi digunakan sebagai bahan baku pembuatan surfaktan. Sebagai bahan baku surfaktan alkohol lemak mampu
bersaing dengan produk turunan petroleum seperti alkilbenzena. Selain karena surfaktan yang dihasilkan bersifat lebih stabil, juga harganya lebih murah jika dibandingkan dengan surfaktan turunan petroleum (Kirk dan Othmer 1963). Alkohol mampu mengadisi ikatan C=O (aldehid/keton), gugus OR akan melekat pada karbon dan proton akan melekat pada oksigen. Aldehid dapat bereaksi dengan alkohol membentuk hemiasetal. Sedangkan keton dapat bereaksi dengan
alkohol
membentuk
hemiketal.
Mekanisme
pembentukan
hemiasetal/hemiketal melibatkan tiga langkah. Pertama oksigen karbonil (C=O) diprotonasi oleh katalis asam, kemudian oksigen alkohol menyatu dengan karbon karbonil, dan proton dilepaskan dari oksigen positif yang dihasilkan (Hart 2003). Alkohol
lemak
C12
lebih
dikenal
dengan
nama
alkohol
lauril
(dodekanol/dodecy alcohol) dengan rumus bangun C12H26O, bobot molekul 186,6 mol/g, densitas 0,8309 dan titik didih sekitar 259 OC, tidak berwarna dan tidak larut dalam air.
2.3.2 Sumber Karbohidrat Gugus Hidrofilik dari molekul APG berasal dari karbohidrat. Untuk proses sintesis sumber karbohidratnya dapat bersumber dari pati atau dari glukosa. Pemilihan bahan baku tidak hanya mempengaruhi biaya bahan baku, tetapi juga biaya produksi. Pemilihan penggunaan bahan baku gula akan meningkatkan biaya bahan baku, tetapi dapat menurunkan biaya produksi karena peralatan yang digunakan lebih sedikit (Gambar 6) (Eskuchen dan Michael 1997). Pati merupakan polisakarida yang tersusun oleh unit-unit D-glukosa yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan APG karena lebih praktis, mudah didapatkan dan lebih murah jika dibandingkan dengan penggunaan D-glukosa. Pati dari sereal, umbi-umbian ataupun dari biji-bijian dalam bentuk granula pati dengan diameter sekitar 10-100 µm. Pati terdiri dari gugus amilosa dan amilopektin dalam bentuk kristal dengan kandungan air sekitar 10%. Amilosa adalah polisakarida dimana unit-unit D-glukosa tergabung pada ikatan glikosida α(1,4). Amilopektin merupakan polisakarida yang memiliki rantai cabang yang menyusun unit D-glukosa pada ikatan glikosida α(1,4) dan α(1,6) pada percabangannya. Proses alkoholisis pati menjadi alkil glikosida membutuhkan
kondisi yang lebih ekstrim jika dibandingkan dengan proses glikosidasi Dglukosa. Alasannya karena struktur makromolekul pati terdiri dari amilopektin dan amilosa yang dapat menghambat kemampuan mengembang pati dalam alkohol, khususnya alkohol hidrofobik.
Peralatan mahal Harga bahan baku mahal
PATI
Low DE Syrup Deksrosa
Low DE Syrup Deksrosa
Dua Tahapan Proses
Glukosa Monohydrate
GLUKOSA
Satu Tahap Proses
1. Butanolisis 2. Transasetalisasi
Asetalisasi
Alkyl Polyglicoside (APG)
Gambar 6 Pemilihan karbohidrat dalam industri APG (Eskuchen dan Michael 1997). Hill (2000) menggambarkan proses alkoholisis pati menggunakan metanol dalam reaktor tubular bertekanan dan bersuhu tinggi. Pati dicampurkan dengan metanol, dan katalis dengan rasio 6,8 mol metanol dan 0,005 mol p-toluene sulfonic acid per mol glukosa direaksikan dalam reaktor dengan suhu 167 OC selama 8 menit menghasilkan produk yang terdiri dari sekitar 77% metil monoglucosides
(45%
metil
α-D-glukopiranosida,
27%
metil-β-D
glukopiranosida, 5% metil α/β-D-glukofuranosida), 14% metil diglukosida, 3% metil triglukosida, dan <1% oligomer lainnya.
2.3.3 Tapioka Tapioka merupakan pati yang berasal dari ubi kayu. Kadar pati ubi kayu cukup besar, yaitu 25-35%. Salah satu ciri khas dari tapioka yaitu kandungan lemak dan proteinnya yang rendah dibandingkan dengan pati jenis lain. Tabel 3 menunjukkan syarat mutu dari tapioka. Besarnya potensi pati ubi kayu ini juga didukung dengan besarnya produksi ubi kayu di Indonesia. Produktifitas ubi kayu
Indonesia pada tahun 2000 adalah 125 kw/ha dan pada tahun 2004 sebesar 155 kw/ha. Hal ini menunjukkan terjadinya kenaikan sebesar 32%. Sedangkan ratarata pertumbuhan produktivitas dari tahun 2000 sampai dengan tahun 2004 adalah sebesar 30%. Ditahun 2008 produksi ubi kayu Indonesia mencapai 20 juta ton (Anonim 2009). Berdasarkan struktur kimia, tapioka adalah polimer glukosa yang terdiri atas rantai lurus amilosa (20-25%) dan rantai cabang amilopektin (7580%).
Tabel 3 Syarat mutu tapioka (Miller 2009) Kandungan Air (% maksimum) Pati (%minimum) Abu (% maksimum) pH Sulfur dioksida (ppm) Sianida (ppm)
Jumlah 13 85 0,2 5–7 30 0
3 METODE PENELITIAN 3.1 Kerangka Pemikiran Penggunaan pati sebagai bahan baku dalam proses sintesis APG harus melalui dua tahapan yaitu butanolisis dan transasetalisasi. Pada butanolisis terjadi hidrolisis pati menjadi gula sederhana kemudian dilanjutkan dengan proses alkoholisis membentuk butil glikosida. Namun tidak semua produk hasil hidrolisis pati membentuk butil glikosida, sehingga terdapat residu gula yang tidak ikut bereaksi dengan butanol. Proses butanolisis berlangsung dengan bantuan katalis asam (PTSA) dan menggunakan suhu yang tinggi. Kondisi asam dan suhu tinggi diperlukan untuk menghidrolisis pati dan membentuk butil glikosida, namun kondisi asam dan suhu tinggi dapat menyebabkan dehidrasi pada gula menjadi HMF yang menyebabkan warna gelap. Oleh karena itu diperlukan penambahan katalis dan perlakuan suhu yang tepat untuk dapat meminimalkan residu gula namun masih menghasilkan warna dengan tingkat kejernihan yang masih tinggi. Residu gula yang tidak bereaksi dan pembentukan warna gelap pada tahap butanolisis harus diminimalkan untuk menghindari terbentuknya polidekstrosa selama proses transasetalisasi dan meningkatkan tingkat kejernihan produk APG. Pada proses transasetalisasi, butil glikosida akan direaksikan dengan alkohol lemak C12 untuk membentuk APG. Residu gula yang terdapat dalam larutan dari hasil butanolisis juga mampu berikatan dengan alkohol lemak membentuk APG, namun karena perbedaan kelarutan maka gula sederhana lebih mudah untuk saling berikatan satu sama lainnya membentuk endapan polidekstrosa. Polidekstrosa merupakan produk sekunder yang tidak diharapkan karena merupakan salah satu penyebab warna gelap pada produk APG dan dapat menurunkan kinerja APG. Pada tahap pemurnian dilakukan pemisahan polidekstrosa dengan penyaringan. Untuk meningkatkan kejernihan produk diberikan perlakuan penambahan arang aktif. Sebelum tahap distilasi, residu glukosa yang masih tersisa akan diubah menjadi sorbitol dengan menggunakan senyawa hidrogenasi seperti NaBH4. Sorbitol memiliki sifat yang lebih tahan panas dan stabil dalam kondisi asam maupun basa (Lueders 2000), sehingga dapat menghindari terbentuknya HMF akibat rusaknya glukosa karena suhu yang tinggi selama proses distilasi.
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknologi Proses, Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini dilaksanakan pada pada bulan Februari 2010- Agustus 2010.
3.3 Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan meliputi reaktor double jacket yang dilengkapi dengan termostat, agitator dan motor, kondesor, pompa vakum, magnetic stirrer, oven, Cole-parmer surface tensiometer, vortex mixer, pH meter, hot plate, termometer, Spectrofotometer, serta peralatan gelas. Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah : tapioka, dodekanol (alkohol lemak C12), butanol, MgO, DMSO, NaOH, H2O2, p-toluena sulfonic acid, aquades, xylene, piridina, benzena, larutan DNS, larutan fenol, glukosa standar, H2SO4, NaBH4, arang aktif, span 20, tween 80, dan asam oleat.
3.4 Metode Penelitian 3.4.1 Tahap 1. Penentuan rasio mol katalis dan suhu proses butanolisis Tahapan ini adalah tahap butanolisis dengan penambahan butanol dengan rasio mol 8,5:1 mol pati dan H2O dengan rasio mol 8:1 mol pati. Proses butanolisis berlangsung selama 30 menit dengan tekanan 6-8 kg/cm2 dan kecepatan pengadukan 200 rpm (Wuest et al. 1992). Gambar 7 menunjukkan diagram alir dari proses butanolisi pada tahap pertama. Untuk meningkatkan efisiensi proses ditambahkan p-toluena sulfonic acid (PTSA) yang berfungsi sebagai katalis dan memberikan suasana asam. Suhu yang tinggi juga diperlukan selama proses butanolisis. Pada tahap ini akan dikaji perbandingan rasio mol katalis: pati dan suhu yang berbeda. Rancangan percobaan pada tahap pertama menggunakan Rancangan Acak Lengkap dengan 2 faktor yaitu rasio mol katalis dan suhu reaksi:
Rasio mol katalis terdiri dari 3 taraf yaitu: A1 A2 A3
= 0,018 mol/mol pati = 0,027 mol/mol pati = 0,036 mol/mol pati
Suhu reaksi terdiri dari 2 taraf yaitu: B1 = 140 OC B2 = 150 OC Percobaan dilakukan 2 kali ulangan. Data yang diperoleh dianalisis dengan menggunakan Anova, untuk mengetahui perbedaan pengaruh faktor yang dicobakan, maka dilakukan uji Jarak Berganda menurut Duncan pada taraf nyata 5%. Model matematika dalam percobaan ini sebagai berikut: Yijk = µ + Ai + Bj + (AB)ij + ɛijk Keterangan: Yijk = Variabel respon/hasil pengamatan µ = Pengaruh rata-rata sebenarnya (rata-rata umum) Ai = Pengaruh faktor A (rasio mol katalis) taraf ke-i (i=1,2,3) Bj = Pengaruh faktor B (suhu reaksi) tarf ke-j (j=1,2) (AB)ij = Pengaruh interaksi antara faktor A taraf ke-i dan faktor B taraf ke-j ɛijk = Pengaruh galat faktor A taraf ke-i, faktor B taraf ke-j, dan ulangan ke-k (k=1,2) Hasil dari butanolisis kemudian dianalisis residu gula pereduksi, residu total gula, dan kecerahan. Prosedur analisa disajikan pada Lampiran 1. Hasil rasio mol katalis dan perlakuan suhu terbaik kemudian akan digunakan pada proses sintesis pada tahap selanjutnya. AIR
n-Butanol
Tapioka
(8 mol)
(8,5 mol)
(1 mol)
BUTANOLISIS Katalis (0,018; 0,027; 0,036 mol)
P : 6-8 Kg/cm2 T : 140 OC dan 150 OC t : 30 menit 200 RPM
Butil glikosida, residu gula, air, dan butanol
ANALISA Kejernihan, gula reduksi, dan total gula
Gambar 7 Diagram alir proses butanolisis tahap pertama
3.4.2
Tahap 2. Tahap produksi APG (proses sintesis dan proses pemurnian)
3.4.2.1 Proses Sintesis APG (proses butanolisi dan proses transasetalisasi) Hasil rasio mol katalis dan suhu terbaik pada proses butanolisis yang dilakukan di tahap pertama kemudian akan digunakan pada proses sintesis APG. Pada proses butanolisis ditambahkan butanol dengan rasio mol 8,5 : 1 mol pati dan H2O dengan rasio mol 8 : 1 mol pati. Lama reaksi butanolisis yaitu 30 menit pada tekanan 6-8 kg/cm2 dan kecepatan pengadukan 200 rpm.
Pada proses
transasetalisasi ditambahkan alkohol lemak C12 dengan perbandingan rasio mol alkohol lemak : pati yaitu 5 : 1. Suhu reaksi 115 OC – 120 OC selama 2 jam, dalam keadaan vakum (-15 cmHg) dan kecepatan pengadukan 200 rpm (Merupakan modifikasi metode Wuest et al. (1992)). Hasil dari tahap ini akan dihitung jumlah gula yang tidak bereaksi sebagai total gula pereduksi. Prosedur analisa dapat dilihat pada Lampiran 1. 3.4.2.2 Proses pemurnian APG (penyaringan, netralisasi, distilasi dan bleaching) Proses pemurnian terdiri dari tahap penyaringan untuk memisahkan polidesktrosa, netralisasi untuk menghentikan proses transasetaslisasi, distilasi untuk memisahkan alkohol lemak yang tidak ikut bereaksi, dan pemucatan untuk meningkatkan warna APG. Setelah proses transasetalisasi dilakukan penyaringan untuk memisahkan endapan
polidekstrosa
yang
terbentuk.
Penyaringan
dilakukan
menggunakan kain saring setelah larutan mencapai suhu 80
O
dengan
C. Kemudian
dilakukan proses netralisasi pada suhu 80 OC dengan menggunakan NaOH hingga mencapai pH 9 (Wuest et al. 1992). Setelah dinetralisasi kemudian dilakukan penambahan arang aktif yang berfungsi sebagai adsorben dari warna gelap. Pada penambahan arang aktif dilakukan pengadukan selama 1 jam pada suhu 30 OC. Kemudian larutan disentrifugasi 3000 rpm selama 30 menit dan disaring vakum untuk memisahkan arang aktif (Lueders 1991).
Dilakukan juga penambahan
NaBH4 untuk mengubah sisa glukosa menjadi sorbitol. Kemudian dilanjutkan ke tahap distilasi untuk menghilangkan alkohol lemak yang tidak bereaksi pada suhu 140-160 OC. Hasil yang diperoleh yang berupa APG kasar kemudian dilarutkan dengan menggunakan air dengan konsentrasi 50%, kemudian dipucatkan dengan
menggunakan H2O2 dengan konsentrasi 35% sebanyak 2%
(b/b) dari berat
larutan dan penambahan magnesium oksida 500 ppm pada suhu 70 OC selama 1 jam (McCurry et al. 1994). Gambar 8 menunjukkan diagram alir tahap produksi APG. Tahap pemurnian mengkaji pengaruh penambahan arang aktif dan NaBH4 setelah proses netralisasi. Rancangan percobaan pada tahapan pemurnian menggunakan Rancangan Acak Lengkap dengan 2 faktor yaitu konsentrasi arang aktif dan konsentrasi NaBH4 : Konsentrasi arang aktif terdiri dari 3 taraf yaitu : A1 = 0% A1 = 5% A2 = 10% Konsentrasi NaBH4 terdiri dari 4 taraf yaitu : B1 = 0% B2 = 0,1% B3 = 0,2% B4 = 0,3% Percobaan dilakukan 2 kali ulangan. Data yang diperoleh dianalisis dengan menggunakan Anova, untuk mengetahui perbedaan pengaruh faktor yang dicobakan, maka dilakukan uji Jarak Berganda menurut Duncan pada taraf nyata 5%. Model matematika dalam percobaan ini sebagai berikut : Yijk = µ + Ai + Bj + (AB)ij + ɛijk Keterangan : Yijk = Variabel respon/hasil pengamatan µ = Pengaruh rata-rata sebenarnya (rata-rata umum) Ai = Pengaruh faktor A (konsentarsi arang aktif) taraf ke-i (i=1,2,3) Bj = Pengaruh faktor B (konsentrasi NaBH4) taraf ke-j (j=1,2,3,4) (AB)ij = Pengaruh interaksi antara faktor T taraf ke-i dan faktor B taraf ke-j ɛijk = Pengaruh galat faktor A taraf ke-i, faktor B taraf ke-j, dan ulangan ke-k (k=1,2) Hasil dari proses tahapan produksi APG kemudian dianalisa rendemen dan kejernihan produk yang dihasilkan. Prosedur analisa disajikan pada Lampiran 1.
3.4.3 Tahap 3. Karakterisasi
Tiap sampel kemudian dianalisa tegangan permukaan, tegangan antar muka, kestabilan emulsi, kestabilan busa, gugus fungsi dan HLB. kemudian hasil terbaiknya dibandingkan dengan APG komersial. Prosedur karakterisasi produk disajikan pada Lampiran 1. Nilai karakterisasi kemudian dibandingkan dengan APG komersial. AIR
n-Butanol
Tapioka
(8 mol)
(8,5 mol)
(1 mol)
BUTANOLISIS Katalis Terbaik dari tahap 1
P : 6-8 Kg/cm2 T : Suhu terbaik dari tahap 1 t : 30 menit 200 RPM
Butil glicoside, residu gula, air, dan butanol Fatty Alcohol C12 5 mol/1 mol pati
Katalis (50% dari mol butanolisis)
TRANSASETALISASI P : -15 cmHg T : 115-120 OC t : 120 menit 200 RPM
Butanol, air
Penyaringan T : 80 OC
Endapan Polidekstrosa
NETRALISASI setelah pendinginan hingga suhu 80OC (30 menit) pada tekanan 1 ATM hingga mencapai pH 9
NaOH 50%
Penambahan arang aktif 0%; 5%; 10%
Sentrifugasi 3000 rpm selama 30 menit dan penyaringan vakum
Arang Aktif
Penambahan NaBH4 0%; 0,1%; 0,2%; 0,3%
DISTILASI P : -76 cmHg T : 140 – 160 OC
fatty alcohol
APG KASAR
H2O2 2% Dan MgO (500 ppm)
Air (50% b/b) T : 70OC
BLEACHING P : 1-2 Bar, T : 70OC, t : 30 menit
APG MURNI
ANALISA Kejernihan, tegangan antar muka, tegangan permukaan, kestabilan emulsi, rendemen, Gugus fungsi (FTIR), HLB
Gambar 8 Diagram alir proses produksi APG
4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengaruh rasio mol katalis dan suhu pada proses butanolisis Proses sintesis APG dua tahap diawali oleh proses butanolisis. Penggunaan bahan baku sakarida yang memiliki dextrose equivalent (DE) yang rendah seperti sirup dextrosa atau pati melalui proses butanolisis terlebih dahulu (Eskuchen dan Michael 1997). Pada proses ini terjadi proses hidrolisis asam untuk memutus ikatan glikosida pada pati kemudian terbentuk gula sederhana. Gula sederhana tersebut akan berikatan dengan butanol melalui proses alkoholisis hingga terbentuknya butil monoglikosida atau butil poliglikosida. Bahan baku pati yang digunakan dalam penelitian ini adalah tapioka. Alasan pemilihan bahan baku tapioka karena lebih mudah didapatkan, selain itu harga tapioka yang juga relatif lebih murah, jika dibandingkan dengan jenis pati lain atau menggunakan gula dengan tingkat derajat ekuivalensi yang tinggi. Karakteristik fisiko kimia tapioka sesuai dengan pati pada umumnya yang mengandung amilosa dan amilopektin yang disusun oleh D-glukosa. Alkoholisis pati membutuhkan kondisi yang lebih ekstrim dibandingkan proses alkoholisis D-glukosa. Hal ini disebabkan karena pati masih mengandung amilosa dan amilopektin yang memiliki keterbatasan pelarutan dan sweeling pada alkohol, khususnya alkohol hidrofobik. Karena hal tersebut maka diperlukan suhu yang tinggi dan bertekanan, serta kondisi asam untuk memutus ikatan glikosida pati. Pemecahan pati menjadi D-glukosa diharapkan dapat berikatan dengan butanol. Pada proses ini terjadi pelepasan H2O akibat proses pembentukan asetal antara gugus aldehid pati dan alkohol dengan bantuan katalis asam. Suhu yang tinggi dan kondisi asam selain menyebabkan pemutusan ikatan glikosida pati juga mampu membuat dehidrasi gula sederhana yang telah terbentuk menjadi hidroksil metil furfural (HMF). Senyawa HMF ini menyebabkan warna gelap pada produk hasil proses butanolisis. Selain pembentukan warna gelap juga terdapat residu dari gula yang tidak ikut bereaksi dengan butanol. Proses butanolisis diberikan perlakuan penambahan katalis PTSA dengan rasio mol/mol pati sebesar 0,018 – 0,036, sedangkan perlakuan suhu yang diberikan yaitu suhu 140 OC dan 150 OC. Proses ini berlangsung selama 30 menit
dengan kondisi tekanan 6-8 kg/cm2 dan kecepatan pengadukan 200 rpm. Dengan proses penambahan berbagai konsentrasi rasio mol katalis dan perlakuan suhu diharapkan butil glikosida yang terbentuk akan menjadi maksimal. Hal ini dapat dilihat dari jumlah residu total gula ataupun gula pereduksi yang dihasilkan. Semakin rendah residu total gula, maka dapat diasumsikan butil glikosida yang terbentuk akan semakin banyak. Jumlah residu gula pereduksi menunjukkan jumlah glukosa yang tidak bereaksi dengan butanol untuk menghasilkan butil glikosida. Residu gula
yang dihasilkan dari proses butanolisis akan
mempengaruhi terbentuknya polidekstrosa pada tahap transasetalisasi. Selain berdampak pada jumlah residu gula yang dihasilkan, perlakuan penambahan konsentrasi rasio mol katalis dan perlakuan suhu selama proses butanolisis juga berdampak pada kejernihan produk hasil proses butanolisis. Semakin tinggi konsentrasi rasio mol maka pH selama proses butanolisis semakin rendah. pH yang rendah dan suhu yang semakin tinggi dapat menyebabkan rusaknya gula hingga terbentuknya HMF yang menyebabkan warna menjadi gelap.
4.1.1 Residu gula pereduksi Pemecahan ikatan glikosida pati menjadi glukosa akan berikatan dengan butanol menjadi butil glikosida dengan bantuan katalis PTSA, namun tidak semua hasil pemecahan pati yang terbentuk mampu menghasilkan butil glikosida. Terdapat residu glukosa dari proses butanolisis yang terlarut dalam filtrat dan dihitung sebagai gula pereduksi. Gula pereduksi adalah gula yang memiliki gugus karbonil yang reduktif. Sifat pereduksi ini ditentukan oleh ada tidaknya gugus OH bebas yang reaktif. Gugus reduktif ini terdapat pada atom C no 1 pada glukosa. Jumlah residu gula reduksi menentukan kualitas APG yang akan dihasilkan, karena jika gula pereduksi tinggi maka pembentukan polidekstrosa akan semakin tinggi. Hasil pengukuran gula pereduksi dari produk hasil proses butanolisis berkisar antara 18.075 – 58.281,25 ppm. Dari hasil analisa ragam menunjukkan faktor perlakuan rasio mol, faktor perlakuan suhu dan interaksi kedua faktor berpengaruh nyata. Berdasarkan uji lanjut Duncan (α=0,05) dari faktor rasio mol
katalis, perlakuan penambahan katalis dengan rasio mol 0,018; 0,027; dan 0,036 masing-masing berbeda nyata satu sama lain. Dari hasil uji lanjut Duncan (α=0,05) perlakuan rasio mol 0,027 pada suhu 150
O
C (sampel A2B2) dan
perlakuan rasio mol 0,036 pada suhu 140 OC (sampel A3B1) menunjukkan hasil yang tidak berbeda nyata (Lampiran 2). Pengaruh dari faktor rasio mol katalis dan faktor suhu terhadap residu gula pereduksi dapat dilihat pada Gambar 9.
Gula Pereduksi (ppm)
70000
Suhu (OC)
60000
140
50000
150
40000
30000 20000 10000 0 0.018
0.027
0.036
Rasio Mol Katalis PTSA/1 mol pati
Gambar 9 Pengaruh faktor rasio mol katalis dan faktor suhu terhadap residu gula pereduksi. Semakin tinggi residu gula pereduksi yang dihasilkan pada proses butanolisis menyebabkan kemungkinan pembentukan warna gelap semakin tinggi pada proses selanjutnya dalam pembuatan APG. Oleh karena itu diharapkan residu gula pereduksi yang dihasilkan serendah mungkin. Semakin tinggi rasio mol katalis PTSA/1 mol pati yang ditambahkan selama proses butanolisis maka semakin rendah residu gula pereduksi yang dihasilkan. Demikian pula dengan perlakuan suhu, semakin tinggi perlakuan suhu yang diberikan maka residu gula pereduksi semakin rendah. Hal ini menunjukkan bahwa semakin tingginya rasio katalis maka semakin banyak ion H+ yang dapat digunakan untuk membentuk asetal antara gugus aldehid glukosa dan butanol. Luders (2000), menyatakan bahwa diperlukan ion H+ yang cukup dari katalis asam untuk membantu reaksi antara gula dan butanol. Panas yang cukup diperlukan untuk membantu reaksi antara glukosa dan butanol. Dari hasil penelitian ini diketahui bahwa semakin tinggi suhu yang
digunakan maka semakin rendah pula residu gula yang dihasilkan. Perlakuan suhu 150 OC menghasilkan residu gula pereduksi yang rendah dibandingkan dengan perlakuan suhu 140 OC. Pada suhu 150 OC reaksi antara glukosa dan butanol lebih banyak terjadi karena dengan meningkatnya suhu maka semakin cepat pula reaksi yang terjadi. Dengan batasan waktu proses butanolisis selama 30 menit, perlakuan suhu 150 OC menghasilkan residu gula pereduksi yang lebih rendah. Hal ini sesuai dengan pendapat Luders (2000), suhu yang digunakan untuk proses butanolisis adalah 140-165 OC. semakin rendah suhu maka proses reaksi akan berjalan semakin lambat. Semakin tinggi suhu yang digunakan maka reaksi akan berjaan lebih cepat, namun proses harus dijaga untuk meminimalkan pembentukan by-product yang tidak diinginkan pada penggunaan suhu yang tinggi.
4.1.2 Residu total gula Tidak semua hasil hidrolisis pati dengan menggunakan asam akan menghasilkan monosakarida, namun ada juga yang berbentuk oligosakarida atau polisakarida. Hasil hidrolisis pati ini diukur sebagai total gula. Oligosakarida juga mampu bereaksi dengan butanol, namun produk yang dihasilkan berupa butil oligoglikosida. Gula sederhana, oligosakarida, polisakarida dan turunannya dapat bereaksi dengan fenol dalam asam sulfat pekat menghasilkan warna oranye hingga kekuningan yang stabil (Winarno 2008). Residu total gula yang dihasilkan pada proses butanolisis berasal dari hasil hidrolisa asam pada tapioka. Semakin banyak residu total gula, maka semakin tidak efisien proses butanolisis yang terjadi. Kondisi proses reaksi butanolisis yang menggunakan suhu 140-150 OC dan dalam keadaan asam mendukung untuk terjadinya proses hidrolisa pati. Hasil penelitian pada perhitungan residu total gula berkisar antara 44.047,62-143.928,57 ppm, atau sekitar 28,51 – 82,4% dari total pati yang digunakan. Dari hasil analisa ragam menunjukkan faktor perlakuan rasio mol, faktor perlakuan suhu dan interaksi kedua faktor berpengaruh nyata terhadap pembentukan residu total gula (Lampiran 3). Berdasarkan uji Duncan (α=0,05) dari faktor rasio mol katalis, perlakuan penambahan katalis dengan rasio mol
0,018 berbeda nyata dengan perlakuan penambahan katalis dengan rasio mol 0,027 dan 0,036. Perlakuan penambahan katalis dengan rasio mol 0,027 dan 0,036 tidak berbeda nyata. Hasil uji Duncan (α=0,05) pada tiap perlakuan menunjukkan hasil yang berbeda nyata, kecuali pada perlakuan rasio mol katalis 0,036 dan suhu 150 OC (sampel A3B1) tidak berbeda nyata dengan perlakuan penambahan rasio mol katalis 0,027 pada suhu 140 OC dan 150 OC (sampel A2B1 dan A2B2). Pengaruh dari perlakuan rasio mol katalis dan perlakuan suhu terhadap residu
Total Gula (ppm)
total gula dapat dilihat pada Gambar 10.
160000
Suhu (OC)
140000
140
120000
150
100000 80000 60000 40000 20000 0
0.018
0.027
0.036
Rasio Mol Katalis PTSA/1 mol pati
Gambar 10 Pengaruh rasio mol katalis dan perlakuan suhu terhadap residu total gula Semakin tinggi rasio mol katalis dan perlakuan suhu, maka semakin rendah residu total gula yang dihasilkan. Penambahan katalis yang semakin tinggi memungkinkan terjadinya kondisi keasaman yang semakin tinggi selama proses butanolisis. Dengan suasana asam memungkinkan untuk terjadinya hidrolisis pati dan ion H+ yang diperoleh dari katalis membantu terjadinya ikatan antara gula dan butanol. Pada perlakuan suhu 150 OC menghasilkan residu total gula yang lebih rendah jika dibandingkan dengan perlakuan suhu 140 OC. Dari data residu total gula dan residu gula sederhana dapat diperoleh data derajat polimerisasi (DP) dari residu sakarida yang dihasilkan dari hasil proses butanolisis. Derajat polimerisasi merupakan hasil bagi dari jumlah residu total gula dan jumlah residu gula pereduksi. Nilai DP dari hasil proses butanolisis berkisar antara 2-3. Dari nilai DP yang diperoleh menunjukkan bahwa konsentrasi gula pereduksi terhadap total gula masih tinggi atau berkisar antara 55,5-34,5%;
sedangkan jumlah persentase total gula terhadap keseluruhan hasil butanolisis sebesar 25,1-82,4% (Tabel 4). Ada dua kemungkinan yang dapat terjadi dari residu total gula yang terdapat pada hasil butanolisis yaitu terbentuknya polidekstrosa atau membentuk ikatan asetal dengan alkohol lemak rantai panjang pada tahap transasetalisasi (McCurry 2000).
Tabel 4 Derajat polimerisasi dan persentase residu gula dari berbagai sampel Sampel A1B1a A1B2a A2B1a A2B2a A3B1a A3B2a Ludersb
Perlakuan Katalis 0,018; suhu 140OC Katalis 0,018; suhu 150OC Katalis 0,027; suhu 140OC Katalis 0,027; suhu 150OC Katalis 0,036; suhu 140OC Katalis 0,036; suhu 150OC Katalis 0,012; suhu 165OC (syrup glukosa low DP)
DP 2,4 1,9 1,8 2,2 2,9 2,4
Residu Gula (%) 82,40 49,75 39,70 31,35 38,20 28,51
n/ac
13,00
Keterangan : aperlakuan penelitian, bLuders (2000), cdata tidak tersedia
4.1.3 Kejernihan Luders (1991) dan Noerdin (2008) menyatakan bahwa warna produk hasil butanolisis antara kuning hingga coklat tua. Pembentukan warna ini disebabkan oleh dehidrasi glukosa dengan kehilangan 3H2O hingga membentuk hidroksil metil furfural (HMF) (Gambar 5). Perlakuan suhu tinggi hingga 150 OC juga menjadi penyebab pembentukan warna gelap pada hasil proses butanolisis. Hasil butanolisis yang berwarna gelap akan mempengaruhi kualitas warna produk APG selanjutnya. Semakin gelap produk butanolisis, maka produk APG yang dihasilkan juga akan semakin gelap. Penetapan kejernihan produk dari hasil butanolisis dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer. Pada perhitungan kejernihan digunakan panjang gelombang 470 nm (McCurry 1994), dengan menghitung %Transmisi sampel. Hasil dari perhitungan %Transmisi kecerahan produk butanolisis berkisar antara 0,1 – 80,35 %T. Semakin rendah nilai %T maka semakin gelap produk. Hasil analisa ragam menunjukkan faktor rasio mol, faktor suhu dan interaksi kedua faktor berpengaruh nyata (Lampiran 4). Berdasarkan uji Duncan (α=0,05) dari faktor rasio mol katalis, penambahan katalis dengan rasio mol 0,027; dan
0,036 tidak berbeda nyata, namun berbeda nyata dengan penambahan katalis dengan rasio mol 0,018. Dari hasil uji lanjut Duncan (α=0,05) terhadap tiap kombinasi perlakuan menunjukkan kombinasi perlakuan rasio mol katalis 0,036 pada suhu 140 OC dan 150 OC (A3B1 dan A2B2) serta perlakuan rasio mol katalis 0,027 pada suhu 150 OC tidak berbeda nyata. Kombinasi perlakuan rasio mol katalis 0,018; suhu 150 OC (A1B2) dan kombinasi perlakuan rasio mol katalis 0,027; suhu 140 OC (A2B1) juga menunjukkan hasil yang tidak berbeda nyata. Warna dari hasil proses butanolisis yaitu kuning muda hingga hitam. Warna dari hasil proses butanolisis ini dapat dilihat pada Gambar 11. Grafik kejernihan APG akibat pengaruh penambahan rasio mol katalis dan perlakuan suhu dapat dilihat pada Gambar 12.
Keterangan : A (Rasio mol). A1=0,018; A2=0,027; A3=0,036 B (Suhu). B1=140 OC; B2=150 OC
Kejernihan (%T)
Gambar 11 Hasil dari proses butanolisis 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Suhu (OC) 140 150
0.018
0.027
0.036
Rasio Mol Katalis PTSA/1 mol pati
Gambar 12 Pengaruh rasio mol katalis dan suhu terhadap kejernihan (%T)
Semakin tinggi penambahan rasio mol katalis dan semakin tinggi perlakuan suhu maka kejernihan produk yang dihasilkan akan semakin rendah. Perlakuan
penambahan rasio mol katalis 0,027 dan 0,036 dengan kombinasi perlakuan suhu 150
O
C menghasilkan nilai kejernihan yang sangat rendah. Semakin tinggi
penambahan rasio mol katalis menyebabkan penurunan pH yang semakin tinggi pula. Kondisi asam ini menyebabkan gula sederhana hasil hidrolisa pati mengalami dehidrasi hingga membentuk furfural. Hal ini sesuai dengan pendapat Winarno (1992) yang menyatakan bahwa asam akan menyebabkan dehidrasi pati menjadi furfural, yaitu suatu turunan aldehid. Perlakuan suhu yang semakin tinggi menyebabkan reaksi pembentukan warna gelap semakin tinggi. Suhu yang tinggi dapat meningkatkan pembentukan butil glikosida namun dapat menyebabkan byproduct yang tidak diinginkan yaitu pembentukan warna gelap (Luders 2000).
4.1.4 Pemilihan rasio mol dan suhu terbaik proses butanolisis Residu total gula diasumsikan sebagai gula yang tidak mampu berikatan dengan butanol membentuk butil glikosida. Semakin tinggi residu total gula maka semakin rendah produk butil glikosida yang terbentuk. Semakin tinggi rasio mol katalis/1 mol pati dan semakin tinggi perlakuan suhu yang diberikan selama proses butanolisis maka tingkat %Transmisi kecerahan dari hasil butanolisis semakin rendah, dan produk yang dihasilkan semakin gelap. Dari Gambar 13 dapat dilihat pada perlakuan rasio mol katalis 0,018 (pada suhu 140 OC dan 150 OC) hasil dari proses butanolisis memiliki tingkat kejernihan yang tinggi. Pada perlakuan ini diindikasikan bahwa telah terjadi proses hidrolisis pati menjadi gula sederhana, karena tidak terdapat lagi suspensi pati. Jika dilihat dari jumlah residu total gula pada kombinasi perlakuan rasio mol 0,018; suhu 140 OC (A1B1) masih cukup tinggi yaitu 82,40%, artinya pembentukan butil glikosida masih rendah. Jika suhu dinaikkan menjadi 150 OC (A1B2) maka total gula akan menurun menjadi 49,75%. Berdasarkan perbandingan tersebut maka dipilih perlakuan rasio mol 0,027 dan suhu proses butanolisis 140 OC (A2B1) karena memiliki residu total gula yang cukup rendah (39,7%) dan kejernihan yang masih tinggi (45,75 %T). Hasil perbandingan residu gula pereduksi, residu total gula dan kejernian dapat dilihat pada Gambar 13. Perlakuan rasio mol dan suhu ini kemudian digunakan seterusnya pada proses butanolisis untuk menghasilkan sampel APG.
90 Residu Total Gula (ppm) Residu Gula Pereduksi (ppm) Kejernihan (%Transmisi)
Konsentrasi (ppm)
140000 120000 100000
80 70 60 50
80000
40
60000
30
40000
20
20000
10
0
0 A1B1
Keterangan :
%Transmisi
160000
A1B2
A2B1
A2B2
A3B1
A3B2
A (Rasio mol). A1=0,018; A2=0,027; A3=0,036 B (Suhu). B1=140 OC; B2=150 OC
Gambar 13 Perbandingan hasil pengamatan residu gula pereduksi, residu total gula dan kejernihan dari tiap perlakuan 4.2 Tahap produksi APG 4.2.1 Proses Sintesis (proses butanolisis dan proses transasetalisasi) Pada proses butanolisis jumlah rasio mol katalis PTSA yaitu 0,027 mol : 1 mol pati, sedangkan perlakuan suhu yang diberikan yaitu suhu 140 OC sesuai dengan perlakuan terbaik pada tahap penentuan rasio mol katalis dan suhu proses butanolisis. Pada proses butanolisis ditambahkan butanol dengan rasio mol 8,5 : 1 mol pati dan H2O dengan rasio mol 8 : 1 mol pati Proses ini berlangsung selama 30 menit dengan kondisi tekanan 6-8 kg/cm2 dan kecepatan pengadukan 200 rpm. Secara umum proses transasetalisasi merupakan proses penggantian C 4 oleh C12 dengan katalis asam p-toluena sulfonat. Pada proses ini terjadi pemutusan ikatan antara sakarida dan butanol kemudian digantikan oleh alkohol lemak C12. Pada proses ini berlangsung pada suhu 115-120
O
C selama dua jam dengan
kecepatan pengadukan 200 rpm dan dalam keadaan vakum (-15 cmHg). Selama berlangsungnya proses ini butanol dan air dikeluarkan melalui proses penguapan dan kondensasi. Setelah proses transasetalisasi didapatkan hasil berupa cairan berwarna coklat muda. Derajat keasaman larutan yang dihasilkan yaitu antara pH 2–2,4. Rata-rata gula pereduksi yang masih terdapat dalam larutan hasil transasetalisasi
yaitu sebesar 563,64 ppm (Lampiran 6), sedangkan menurut Lueders (2000), kandungan D-glukosa yang tersisa dalam larutan hasil transasetalisasi sebesar 450 ppm. Polidekstrosa sangat berpengaruh terhadap Pada pembentukan warna gelap karena jika dilanjutkan pada proses distilasi maka produk APG akan semakin gelap. McCurry (1994), menyatakan bahwa larutan hasil proses transasetalisasi terdiri dari dodecil poliglikosida, alkohol lemak berlebih, polidekstrosa dan sebagian kecil gula yang tidak ikut bereaksi dengan alkohol lemak. Hasil dari proses transasetalisasi dapat diihat dari Gambar 14.
Gambar 14 Hasil akhir proses transasetalisasi
4.2.2
Proses Pemurnian APG Proses pemurnian dilakukan untuk memperoleh APG yang memiliki
penampakan lebih jernih, karena aplikasi APG saat ini lebih banyak digunakan pada industri personal care product yang menuntut kondisi fisik APG yang lebih menarik dan memiliki kinerja yang bagus. Tahap proses pemurnian meliputi: penyaringan, netralisasi, penambahan arang aktif dan NaBH4, distilasi dan pemucatan. 4.2.2.1 Proses Penyaringan Setelah proses transasetalisasi larutan didinginkan hingga mencapai suhu 80 O
C. Di dasar larutan terdapat endapan coklat tua gelap. Jika endapan ini
dipisahkan menggunakan kain saring akan diperoleh pasta yang akan mengeras pada suhu ruang. Menurut Eskuchen dan Nitsche (1997), endapan ini merupakan
polidekstrosa hasil polimerisasi glukosa yang tidak bereaksi dengan alkohol lemak. Endapan ini harus dipisahkan, karena akan menyebabkan penurunan kualitas fisik dan kinerja APG yang dihasilkan. Tidak semua polidekstrosa dapat tersaring, karena ada juga yang masih larut dalam larutan. Rata-rata endapan polidektrosa yang diperoleh dari penelitian ini yaitu 4,3% dari jumlah transasetalisasi. Hal ini sesuai dengan pendapat McCurry (2000) bahwa kandungan polidekstrosa berkisar antara 2-13% dan kandungan by-product lainnya sebesar 1-3% dari hasil proses transasetalisasi.
4.2.2.2
Proses Netralisasi
Proses netralisasi dilakukan untuk menghentikan proses transasetalisasi. Jika tidak dilakukan netralisasi maka APG yang telah terbentuk dalam larutan hasil transasetalisasi akan mengalami kerusakan pada proses destilasi. Hal ini disebabkan karena larutan masih bersifat asam dan suhu yang digunakan >140 OC yang dapat merusak APG yang telah terbentuk. Perlakuan proses netralisasi produk dilakukan dengan penambahan NaOH 50% hingga pH larutan mencapai pH 9. Penambahan NaOH menciptakan suasana basa dalam larutan karena gugus ether yang terbentuk dari ikatan asetal antara aldehid dan alkohol lebih stabil dalam kondisi basa (Noerdin 2008).
Penggunaan larutan sodium hidroksida
(NaOH) sangat dianjurkan karena NaOH tidak bereaksi terhadap alkohol ataupun produk APG (Wuess et al. 1996). Pada saat penambahan NaOH untuk menetralkan larutan terjadi perubahan warna pada larutan hasil proses transasetalisasi. Mulanya larutan berwarna coklat muda kemudian setelah penambahan NaOH larutan berubah menjadi coklat tua (Gambar 15). Perubahan warna ini disebabkan karena masih terdapat kandungan sakarida dalam larutan. Menurut Soeharsono (1988), jika sakarida diberikan larutan basa berkadar tinggi, maka akan terjadi fragmentasi atau polimerisasi, Dglukosa akan berubah menjadi D-manosa atau D-fruktosa. Monosakarida akan mudah mengalami dekomposisi dan menghasilkan hidroksil metil furfural (HMF) selama proses pencoklatan non-enzimatis.
Gambar 15 Perubahan warna pada saat netralisasi menggunakan NaOH
4.2.2.3 Penambahan Arang aktif dan NaBH4 Untuk meningkatkan kejernihan produk maka diberikan perlakuan penambahan arang aktif 0%, 5%, dan 10% setelah netralisasi. Arang aktif dipisahkan dengan melakukan sentrifugasi dan penyaringan. Setelah itu ditambahkan NaBH4 sebanyak 0,1%, 0,2% dan 0,3% (b/b). Pada saat penambahan NaBH4 akan menghasilkan gelembung dan busa yang cukup banyak. Hal ini menandakan terjadi pelepasan H2 dari NaBH4 yang akan mengubah gugus aldehid pada sisa glukosa yang tidak bereaksi menjadi gugus alkohol untuk menghasilkan sorbitol.
4.2.2.4 Proses Distilasi Proses distilasi dilakukan untuk memisahkan kelebihan alkohol lemak yang tidak bereaksi. Alkohol lemak C12 (dodekanol) memiliki titik didih 259 OC. Hasil pengamatan yang dilakukan pada suhu 140 OC dengan tekanan vakum -76cmHg dan selama kurang lebih 1 jam dodekanol mampu menguap. Proses distilasi dihentikan jika suhu mencapai 160 OC. Jika dari suhu melebihi 160 OC, maka produk yang dihasilkan akan gosong dan rusak. Proses aliran dodekanol yang menguap juga dapat diamati pada lubang kaca yang terdapat pada kondensor, jika sudah tidak terdapat titik-titik embun, maka proses distilasi dihentikan. Hasil akhir dari proses distilasi akan diperoleh APG kasar yang berwarna coklat tua (Gambar 16). Mula-mula APG kasar ini berbentuk cair yang kemudian akan menjadi keras pada suhu kamar. Hal ini berhubungan dengan titik leleh dari APG C12 yaitu berkisar antara suhu 116-119OC (Ware et al. 2007)
Gambar 16 APG Kasar Hasil proses destilasi
4.2.2.5 Proses pemucatan (bleaching) Sebelum dilakukan pemucatan, APG kasar hasil dari proses distilasi dilarutkan terlebih dahulu dengan perbandingan penambahan akuades (suhu 90 O
C) 1 : 1 dengan APG kasar hingga konsentrasi bahan aktif APG 50%. Setelah
dipanaskan suhu diturunkan hingga 70 OC kemudian dilakukan penambahan MgO 500 ppm dan H2O2 35% sebanyak 2% (b/b) dari larutan. Selama penambahan H2O2 suhu akan naik hingga 110 OC. Proses ini berlangsung selama kurang lebih 45 menit hingga gelembung akibat penambahan H 2O2 hilang. Kemurnian H2O2 yg digunakan tidak boleh lebih dari 50% dan penambahan pada saat bleaching tidak boleh lebih dari 3%, karena sifat H 2O2 yang sangat oksidatif (Hill et al. 2000). Penambahan H2O2 berlebih akan menyebabkan kerusakan pada produk APG sehingga APG yang dihasilkan menjadi 2 lapisan. hal ini menandakan bahwa ikatan antara gugus hidrofilik dan hidrofobiknya telah rusak. Hasil proses pemucatan dapat dilihat pada Gambar 17.
4.2.2.6 Karakteristik kejernihan Pembentukan warna gelap selama proses sintesis APG terjadi karena terbentuknya polidekstrosa selama proses transasetalisasi karena kondisi asam, suhu tinggi dan kandungan air. Warna gelap juga terbentuk dari degradasi glukosa menjadi hidroksil metil furfural (HMF). Arang aktif telah dikenal sebagai salah satu absorben yang mampu menyerap zat warna, sehingga dapat mengurangi warna gelap produk. NaBH4 merupakan senyawa hidrogenasi yang mampu mereduksi glukosa menjadi sorbitol yang lebih tahan panas. Setelah dilakukan pemucatan terjadi perubahan warna pada produk APG, produk yang dihasilkan berwarna putih kekuningan hingga coklat muda (Gambar
18). APG hasil sintesis berbentuk pasta sedangkan APG komersial bersifat cairan kental berwarna keruh transparan. Hal ini disebabkan karena APG komersial mengkombinasikan alkohol lemak C8, C10, C12 dan C14. Menurut Ware et al (2007) sintesis APG menggunakan alkohol lemak C8 dan C10 akan menghasilkan APG yang berisfat cairan kental, sedangkan menggunakan alkohol lemak C 12 akan menghasilkan APG yang berbentuk pasta. Pada alkohol lemak dengan jumlah C yang lebih tinggi, APG yang dihasilkan akan berbentuk padat pada suhu kamar.
Arang Aktif 0%
Arang Aktif 5%
Arang Aktif 10% NaBH4 NaBH4 NaBH4 0,3% NaBH4 0,1% 0,2% 0% Gambar 17 Produk APG murni hasil proses pemucatan (bleaching)
Hasil penelitian ini menunjukkan nilai kejernihan sebagai %Transmisi berkisar antara 27,86–63,68. Hasil analisa ragam menunjukkan bahwa faktor penambahan arang aktif berbeda nyata terhadap kejernihan APG yang dihasilkan, demikian pula dari faktor penambahan NaBH 4 berpengaruh nyata terhadap kecerahan APG yang dihasilkan. Interaksi kedua faktor antara penambahan arang aktif dan penambahan NaBH4 menunjukkan hasil yang berpengaruh nyata. Hasil uji Duncan (α=0,05) menunjukkan faktor penambahan NaBH4 0,2% dan 0,3% tidak berbeda nyata, namun berbeda nyata dengan penambahan NaBH 4 0% dan
0,1% (Lampiran 8). Hasil penelitian terhadap warna APG dapat dilihat pada Gambar 18.
70 NaBH4 0% NaBH4 0,1% NaBH4 0,2% NaBH4 0,3%
%Transmisi
60 50
40 30 20 10 0 0
5 Arang Aktif (%)
10
Gambar 18 Hasil analisa kejernihan produk APG sintesis Hasil analisa warna menunjukkan penggunaan arang aktif 5% mampu menghasilkan kejernihan produk yang lebih tinggi dengan nilai %Transmisi yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan karena arang aktif mampu menyerap HMF yang terbentuk. faktor penambahan arang aktif 10% menyisakan partikel arang aktif berlebih yang tersisa pada produk, sehingga menyebabkan produk menjadi lebih gelap. Perlakuan penambahan NaBH4 mampu meningkatkan kejernihan produk. Hal ini disebabkan karena NaBH4 mengubah sisa glukosa yang tidak bereaksi menjadi sorbitol yang lebih tahan pada suhu tinggi selama proses distilasi (McCurry 2000).
4.2.2.7 R e n d e m e n Rendemen APG dihitung berdasarkan berat APG yang diperoleh setelah dimurnikan dengan berat total bahan baku awal yang digunakan terhadap bahan baku untuk setiap tahap pada sintesa APG, antara lain yaitu tapioka dan dodekanol (alkohol lemak C12) Hasil sidik ragam menunjukkan faktor penambahan arang aktif berpengaruh nyata terhadap rendemen APG yang dihasilkan. Demikian pula faktor penambahan NaBH4. Namun interaksi dari kedua faktor tidak berpengaruh nyata terhadap rendemen yang dihasilkan. Dari hasil uji lanjut Duncan (α=0,05), tiap
perlakuan penambahan arang aktif berbeda nyata. Penambahan NaBH4 0,1%; 0,2%; dan 0,3% tidak berbeda nyata, namun berbeda nyata pada perlakuan tanpa penambahan NaBH4 0% (Lampiran 9). Hasil dari perhitungan rendemen dapat dilihat pada Gambar 19.
65 Rendemen (%)
NaBH4 0%
60
NaBH4 0,1% NaBH4 0,2%
55
NaBH4 0,3%
50 45 40 0
5
10
Konsentrasi Arang Aktif (%)
Gambar 19 Rendemen APG dari perlakuan penambahan arang aktif dan NaBH 4
Dari hasil perhitungan rendemen, dapat dilihat bahwa semakin tinggi penambahan arang aktif, maka semakin rendah rendemen yang diperoleh. Rendemen yang diperoleh antara 47,07– 59,85%. Arang aktif dapat mengurangi tingkat rendemen karena sifat arang aktif yang mampu menyerap senyawa surfaktan. Pengaruh penambahan NaBH4 menunjukkan hasil yang lebih rendah dibandingkan tanpa penambahan NaBH4.
Meskipun rendemen APG yang
dihasilkan rendah, namun beberapa bahan baku masih dapat di recovery dan digunakan kembali, seperti butanol dan alkohol lemak yang diperoleh dari proses distilasi.
4.3 Tahap Karakterisasi APG 4.3.1 Kemampuan menurunkan tegangan permukaan Surfaktan berfungsi sebagai senyawa aktif yang dapat digunakan untuk menurunkan energi pembatas yang membatasi dua cairan yang tidak saling larut, kemampuan ini disebabkan oleh gugus hidrofilik dan hidrofobik yang dimiliki oleh surfaktan. Surfaktan akan akan menurunkan gaya kohesi dan sebaliknya
meningkatkan gaya adhesi sehingga mampu menurunkan tegangan permukaan (Matheson 1996). Pengujian kemampuan menurunkan tegangan permukaan dilakukan dengan berbagai konsentrasi APG murni. Konsentrasi yang digunakan yaitu 0,001%; 0,01%; 0,05%; 0,2%; 0,4%; 0,6%; 0,8%; dan 1%. Dengan berbagai konsentrasi tersebut akan dilihat kecenderungan penurunan dari kemampuan untuk menurunkan tegangan permukaan. Dari hasil pengamatan dilihat semakin tinggi konsentrasi APG yang ditambahkan maka tegangan permukaan cairan akan semakin rendah (Lampiran 10). Hasil dari uji kemampuan menurunkan tegangan permukaan air dari APG yang dihasilkan menunjukkan kinerja yang baik. Dari perhitungan dengan konsentrasi APG 1%, persentase penurunan tegangan permukaan berkisar antara 60,63 - 61,94%. Sebagai pembanding pada konsentrasi yang sama, APG komersial memiliki kemampuan menurunkan tegangan permukaan sebesar 58,89%. Dari hasil uji ragam, penambahan arang aktif berpengaruh nyata terhadap kemampuan menurunkan tegangan permukaan. Hasil uji lanjut Duncan (α=0,05) terhadap faktor penambahan arang aktif menunjukkan bahwa penambahan arang aktif 5% dan 10% tidak berbeda nyata. Hasil uji ragam menunjukkan faktor penambahan NaBH4 berpengaruh nyata. Hasil uji Duncan (α=0,05) menunjukkan hanya perlakuan penambahan NaBH4 0,1% tidak berbeda nyata dengan tanpa penambahan NaBH4. Penambahan NaBH4 0,2% menghasilkan nilai peningkatan kemampuan menurunkan tegangan permukaan yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan penambahan NaBH4 0%; 0,1% dan 0,3%. Hasil analisa terhadap kemampuan menurunkan tegangan permukaan dapat dilihat pada Gambar 20. Penambahan arang aktif 5% dan 10% menunjukkan hasil kemampuan menurunkan tegangan permukaan yang lebih rendah jika dibandingkan dengan tanpa penggunaan arang aktif. Hal ini disebabkan karena sifat arang aktif yang non polar. Penambahan arang aktif mampu menyerap gugus hidrofobik, surfaktan dapat teradsorpsi pada arang aktif karena interaksi hidrofobik (Rosu 1997), sehingga mampu menurunkan kemampuan APG dalam menurunkan tegangan permukaan.
Kemampuan menurunkan tegangan Permukaan (%)
NaBH
62.5
4
62
0% 0,10%
61.5
0,20% 61
0,30%
60.5
60 59.5 0
5
10
Konsentrasi arang aktif (%)
Gambar 20
Kemampuan menurunkan tegangan permukaan dari APG yang dihasilkan
Penambahan NaBH4 juga mampu mengurangi pembentukan polidekstrosa yang dapat menyebabkan penurunan kemampuan menurunkan tegangan permukaan maupun tegangan antar muka. Glukosa yang tidak bereaksi berubah menjadi sorbitol sehingga mengurangi proses terbentuknya polidekstrosa yang dapat menurunkan kinerja APG. Perhitungan kemampuan menurunkan tegangan permukaan dilakukan pada konsentrasi 1% APG. Pada konsentrasi yang rendah, molekul surfaktan dalam larutan teradsorpsi pada permukaan udara atau air, jika ditambahkan konsentrasi surfaktan, maka surfaktan akan teradsorbsi pada permukaan hingga mencapai kejenuhan dan tegangan permukaan menjadi konstan, pada tahap ini telah terbentuk misel. Misel terbentuk ketika surfaktan mencapai konsentrasi tertentu yang disebut Critical Micelle Concentration (CMC). Pada konsentrasi dibawah CMC tegangan permukaan dan antar muka akan turun dengan meningkatnya konsentrasi surfaktan. Jika konsentrasinya lebih tinggi maka tidak terjadi penurunan tegangan permukaan atau penurunannya sangat rendah (Balzer 2000).
4.3.2 Kemampuan menurunkan tegangan antarmuka Tegangan antar muka adalah gaya persatuan panjang dari dua fase cair yang tidak dapat tercampur. Menurut Hargreaves (2003), antar muka adalah bagian dimana dua fase saling bertemu atau kontak, sedangkan permukaan adalah antar muka dimana satu fase kontak dengan gas (biasanya udara). Tegangan antar muka sebanding dengan tegangan permukaan, akan tetapi nilai tegangan antarmuka akan
selalu lebih kecil daripada tegangan permukaan pada konsentrasi yang sama. Pengukuran tegangan antar muka menunjukkan kemampuan surfaktan untuk menurunkan tegangan antar muka dua fase yang berbeda dalam larutan. Dalam aplikasinya kemampuan menurunkan tegangan antarmuka ini erat hubungannya dengan pembentukan emulsi, kemampuan daya bersih atau dalam penggunaan sebagai oil recovery. Perhitungan penurunan kemampuan tegangan antarmuka dilakukan pada laruran air dan xilena. Tegangan antar muka air dan xilena yaitu 42 dyne/cm. Konsentrasi penambahan APG hasil sintesis pada campuran air dan xilena yaitu 0,001–1%.
Dengan berbagai konsentrasi tersebut akan dilihat kecenderungan
penurunan dari kemampuan untuk menurunkan tegangan antar muka. Dari hasil pengamatan dilihat semakin tinggi konsentrasi APG yang ditambahkan maka tegangan antar muka cairan air dan xilena akan semakin rendah. APG hasil sintesis dengan konsentrasi 1% bahan aktif memiliki nilai penurunan tegangan antar muka antara 1,85–2,35 dyne/cm atau memiliki nilai kemampuan penurunan tegangan antarmuka 95,6–94,4%, dengan konsentrasi yang sama (1%) APG komersial memiliki nilai penurunan tegangan antar muka 2,7 dyne/cm (kemampuan menurunkan tegangan sebesar 93,57%). Hasil uji ragam pada faktor penambahan arang aktif, dan faktor penambahan NaBH4 berpengaruh nyata, namun interaksi kedua faktor menunjukkan hasil yang tidak berpengaruh nyata. Pada kombinasi perlakuan arang aktif 0% dan NaBH4 0,2% memiliki kemampuan menurunkan tegangan antarmuka yang paling tinggi (95,6%) dibandingkan dengan perlakuan kombinasi lainnya. Sedangkan kombinasi perlakuan arang aktif 10% dan NaBH4 0% merupakan perlakuan yang memiliki nilai kemampuan menurunkan tegangan antarmuka yang paling rendah yaitu 94,4%. Semua kombinasi perlakuan antara arang aktif dan NaBH 4 0,2% memiliki kemampuan menurunkan tegangan antarmuka yang tertinggi jika dibandingkan dengan perlakuan arang aktif 0%; 0,1% dan 0,3% (Lampiran 11). Hal ini menunjukkan penambahan NaBH4 hingga konsentrasi 0,2% mampu menaikkan kinerja APG untuk menurunkan tegangan antarmuka, namun pada konsentrasi 0,3% kemampuan APG untuk menurunkan tegangan antar muka tidak berbeda nyata dengan penambahan NaBH4 0,2%. Pola ini hampir sama dengan
hasil analisa pada kemampuan APG dalam menurunkan tegangan permukaan. Pada konsentrasi NaBH4 0,3% jika dikombinasikan dengan penambahan arang aktif (0%, 5%, dan 10%) diduga terjadi reduksi terhadap APG yang telah terbentuk. Proses reduksi ini terjadi karena tingginya konsentrasi NaBH 4 yang dapat merusak gugus eter yang telah terbentuk antara glukosa dan alkohol lemak. Rusaknya gugus ini akan menyebabkan menurunnya kinerja APG. Hasil dari perhitungan kemampuan menurunkan tegangan antarmuka APG hasil sintesis pada konsentrasi 1% dapat dilihat pada Gambar 21
Kemampuan menurunkan tegangan antar muka (%)
NaBH 95.8 95.6 95.4 95.2 95 94.8 94.6 94.4 94.2 94 93.8
4
0
5
0% 0,10% 0,20% 0,30%
10
Konsentrasi Arang Aktif (%)
Gambar 21
Kemampuan menurunkan tegangan antarmuka APG sintesis pada konsentrasi 1% bahan aktif
4.3.3 Kestabilan emulsi Emulsi merupakan penyatuan dari dua atau lebih jenis larutan yang tidak saling larut, salah satu cairan terdispersi kedalam cairan yang lain (Gambar 22). Namun karena perbedaan berat molekul ataupun karena pengaruh gaya kohesi maka larutan tersebut secara perlahan akan terpisah lagi. Alkil poliglikosida memiliki kemampuan untuk menstabilkan emulsi yang memiliki kepolaran berbeda, karena memiliki gugus hidrofobik dan hidrofilik, semakin panjang rantai alkil yang dimiliki oleh APG maka kelarutan surfaktan dalam larutan nonpolar akan lebih stabil (Sukkary et al. 2007). Penghitungan kestabilan emulsi dilakukan dengan menambahkan APG sebanyak 0,1%; 0,5% dan 1% pada larutan air dan xilena kemudian dikocok menggunakan vortex dan didiamkan selama 300 menit, tinggi emulsi yang terbentuk kemudian diukur untuk melihat kestabilan emulsinya. Kombinasi
penambahan arang aktif 0% dan NaBH4 0,2% menghasilkan tinggi emulsi yang lebih tinggi. Perlakuan kombinasi arang aktif 10% dan NaBH4 0% dan 0,3% menghasilkan kestabilan emulsi yang paling rendah. Kestabilan emulsi dipengaruhi oleh gugus hidrofilik dan hidrofobik yang dimiliki oleh APG. Pada pegujian ini digunakan air sebagai bahan polar dan xylene sebagai bahan non polar, penambahan APG diharapkan dapat membentuk emulsi antara air dan xilena.
Gambar 22 Proses penghitungan kestabilan emulsi
Penghitungan kestabilan emulsi dilakukan pada tinggi emulsi pada menit ke 300. Hasil uji ragam menunjukkan pengaruh faktor penambahan arang aktif dan NaBH4 berpengaruh nyata, demikian pula dengan interaksi kedua faktor. Semakin tinggi penambahan arang aktif maka kestabilan emulsi larutan semakin rendah. Sedangkan penambahan NaBH4 0,2% menunjukkan kestabilan emulsi yang lebih tinggi dibandingkan dengan konsentrasi lainnya. Dari hasil uji lanjut Duncan (α=0,05) kombinasi perlakuan arang aktif 0% dan NaBH4 0%; dan kombinasi perlakuan arang aktif 0% dan NaBH4 0,1% menunjukkan tinggi emulsi yang tidak berbeda nyata. Perlakuan kombinasi arang aktif 0% dan NaBH4 0,2% (A1B3) yang memiliki kestabilan emulsi paling tinggi (81,71%) berbeda nyata dengan dengan perlakuan kombinasi arang aktif 5% NaBH4 0,2% (A2B3) , namun perlakuan kombinasi arang aktif 0% dan NaBH4 0,3% (A1B4) tidak berbeda nyata pada perlakuan A1B3 dan A2B3. Perlakuan kombinasi arang aktif 10% dan NaBH4 0% dan 0,3% (A3B1 dan A3B4) merupakan kombinasi perlakuan yang memiliki kestabilan emulsi yang paling rendah yaitu 67,07%, kedua perlakuan ini
tidak berbeda nyata dengan perlakuan kombinasi arang aktif 10% dan NaBH4 0,1 dan 0,2 (A3B2 dan A3B3) serta perlakuan kombinasi arang aktif 5% dan NaBH4 0% (A2B1). Data hasil uji statistik mengenai kestabilan emulsi dapat dilihat pada Lampiran 12. Hasil pengukuran kestabilan emulsi pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 23. Penambahan
arang
aktif
selama
proses
pemurnian
APG
dapat
menurunkan jumlah gugus hidrofobik, sehingga kemampuan untuk membuat emulsi antara air dan xilena pun semakin berkurang. Kemampuan pembentukan emulsi juga sangat dipengaruhi oleh kemampuan menurunkan tegangan antarmuka dari surfaktan (Iglauer et al. 2009)
NaBH
85
Kestabilan emulsi (%)
4
80
0% 0,10% 0,20%
75
0,30%
70 65 60 0
5
10
Konsentrasi Arang Aktif (%)
Gambar 23 Tingkat kestabilan emulsi air dan xilena dari penambahan APG
4.3.4 Pembusaan (tinggi dan kestabilan busa) Kebanyakan surfaktan dalam larutan dapat membentuk busa baik diinginkan maupun tidak diinginkan dalam penggunaannya. Busa cair adalah sistem koloid dengan fase terdispersi gas dan medium pendispersi zat cair. Kestabilan busa diperoleh dari adanya zat pembusa (surfaktan). Zat pembusa ini teradsorpsi ke daerah antar fase dan mengikat gelembung-gelembung gas sehingga diperoleh suatu kestabilan (Noerdin 2008).
Dibandingkan dengan surfaktan anionik yang terkenal sebagai foaming agent, APG termasuk kategori surfaktan low foam (Ware et al. 2007), oleh karena itu penggunaannya sangat cocok untuk personal care product. Untuk meningkatkan jumlah busa dari produk yang menggunakan APG, maka dapat ditambahkan foaming agent seperti fatty alcohol sulphates atau fatty alcohol ether sulfate (Anonim 2010a). Penghitungan tinggi busa dilakukan dengan konsentrasi APG murni 1%. Hasil sidik ragam menunjukkan perlakuan penambahan arang aktif tidak berpengaruh nyata pada faktor penambahan arang aktif hadap tinggi busa. Namun faktor perlakuan penambahan NaBH4 berpengaruh nyata terhadap tinggi busa yang dihasilkan. Interaksi kedua faktor tidak berpengaruh nyata terhadap tinggi busa yang dihasilkan. Hasil uji lanjut Duncan (α=0,05%) pada faktor penambahan NaBH4 0%; 0,1%; dan 0,2% berbeda nyata, sedangkan faktor penambahan NaBH4 0,3% tidak berbeda nyata dengan penambahan NaBH4 0,1% dan 0,2%. Tinggi busa yang terbentuk berkisar antara 55-62% dari tinggi larutan, sedangkan tinggi busa dari APG komersial yaitu 67,5%. Tinggi busa yang dihasilkan dari penelitian ini dapat dilihat dari Gambar 24.
64.00 Tinggi Busa (%)
62.00 60.00
NaBH
58.00
4
56.00
0% 0,1%
54.00
0,2%
52.00
0,3%
50.00 0
5
10
Konsentrasi Arang Aktif (%)
Gambar 24 Pengaruh penambahan arang aktif dan NaBH4 terhadap tinggi busa Stabilitas
busa
adalah
lama
terbentuknya
busa.
Hasil
penelitian
menunjukkan bahwa busa stabil hingga 300–315 menit. Analisa ragam menunjukkan faktor penambahan arang aktif, penambahan NaBH4, dan interaksi
kedua faktor berpengaruh nyata. Hasil uji duncan (α=0,05) menunjukkan perlakuan kombinasi arang aktif 0% dan NaBH4 0%; 0,2% dan 0,3% tidak berbeda nyata dan memberikan nilai kestabilan busa yang tertinggi yaitu antara 312-320 menit, sedangkan perlakuan kombinasi arang aktif 0% dan NaBH4 0,1% merupakan perlakuan yang memiliki nilai kestabilan busa yang paling rendah yaitu 307 menit. Data statistik mengenai pembusaan dapat dilihat pada Lampiran 13 Kestabilan busa yang dihasilkan dari penelitian ini dapat dilihat dari Gambar 25.
Kestabilan busa (menit)
325.00 320.00 NaBH
315.00
4
310.00
0%
305.00
0,1%
300.00
0,2%
295.00
0,3%
290.00 0
5
10
Konsentrasi Arang Aktif
Gambar 25 Pengaruh penambahan arang aktif dan NaBH4 terhadap stabilitas busa
Kemampuan menghasilkan busa dipengaruhi oleh gugus hidrofobik surfaktan, semakin panjang rantai alkohol lemak yang digunakan, maka semakin tinggi kestabilan bisa yang diperoleh. Ware et al. (2007) melakukan perhitungan kestabilisan busa dengan membandingkan antara APG C8, APG C10, dan APG C12, hasil yang diperoleh APG C12 menghasilkan tinggi busa dan kestabilan yang lebih tinggi dibandingkan dengan APG lainnya.
4.3.5 Penentuan perlakuan terbaik Penentuan perlakuan terbaik dari berbagai perlakuan penambahan arang aktif dan NaBH4 dilakukan dengan membandingkan hasil perkalian bobot dari variabel kinerja APG dan nilai dari tiap sampel. Variabel kinerja yaitu: kejernihan, kemampuan menurunkan tegangan permukaan dan antarmuka, kestabilan emulsi,
dan pembusaan. Kejernihan produk memiliki bobot tertinggi yaitu 30%, karena subjek utama penelitian ini untuk memperoleh APG yang memiliki warna yang lebih terang. Kemampuan untuk menurunkan tegangan permukaan, kemampuan untuk menurunkan tegangan antar muka, dan kestabilan emulsi memperoleh nilai bobot yang sama yaitu 20%, sedangkan nilai bobot untuk kestabilan busa yaitu 10%. Perhitungan skoring dapat dilihat pada Lampiran 14. Nilai skor penentuan
Skor
terbaik dari tiap sampel dapat dilihat pada Gambar 26.
5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
4.6 4.2 3.2 2.65
4.25 3.55 2.95 2.45
2.4 2.15 2 1.7
NaBH4 0% NaBH4 0,1% NaBH4 0,2% NaBH4 0,3%
0
5
10
Konsentrasi Arang Aktif (%)
Gambar 26 Skor dari perlakuan penambahan arang aktif dan NaBH4
Dari Gambar 26 dapat dilihat bahwa perlakuan penambahan arang aktif 0% dan penambahan NaBH4 0,2% adalah perlakuan terbaik. Perlakuan ini memiliki nilai skor tertinggi dibandingkan dengan pelakuan lainnya. Hasil perkalian bobot dari variabel kinerja APG dan nilai dari tiap sampel menunjukkan nilai karakteristik
kemampuan
menurunkan tegangan permukaan,
kemampuan
menurunkan tegangan antarmuka, kestabilan emulsi, dan pembusaan APG yang dihasilkan yang lebih tinggi dibandingkan dengan perlakuan lainnya, namun jika dilihat dari karakteristik kejernihan masih lebih rendah jika dibandingkan dengan kombinasi perlakuan penambahan arang aktif 5% dan NaBH4 0,2%.
4.3.6 Analisa Gugus Fungsi Spektrofotometer infra merah transformasi fourier (FTIR) merupakan alat untuk mendeteksi gugus fungsi suatu senyawa dengan spektrum infra merah dari senyawa organik yang memiliki sifat fisik yang khas. Energi radiasi inframerah akan diabsorpsi oleh senyawa organik sehingga molekulnya akan mengalami rotasi atau vibrasi. Setiap ikatan kimia yang berbeda seperti C-C, C-H, C=O, O-H dan sebagainya mempunyai frekuensi vibrasi yang berbeda. Hasil analisa FTIR menunjukkan peak yang hampir sama antara APG sintesis dan APG komersial. Gugus eter (C-O-C) pada APG hasil sintesis terdapat pada serapan jumlah gelombang 1.151,72 cm-1 sedangkan APG komersial terdapat pada serapan jumlah gelombang 1.153,02 cm-1 . Gugus OH pada APG hasil sintesis terdapat pada serapan jumlah gelombang 3.368,60 cm-1 sedangkan APG komersial terdapat pada serapan jumlah gelombang 3395,15 cm-1. Hal ini sesuai pendapat Sukkary et al (2007), bahwa gugus eter (C-O-C) sebagai komponen gugus utama pada APG terdapat pada serapan jumlah gelombang 1.120–1.170 cm1
, sedangkan gugus OH terbentuk pada serapan jumlah gelombang 3.200–3400
cm-1. Terbentuknya gugus eter menandakan bahwa sintesis antara glikosida dan alkohol lemak telah terbentuk dan struktur gugus hidrofobik telah terbentuk, sedangkan gugus OH menandakan gugus hidrofilik dari APG. Hasil dari pengamatan perbandingan gugus fungsi FTIR antara APG hasil sintesis dan APG komersial dapat dilihat pada Gambar 27.
4.3.7 Karakteristik formasi emulsi dengan menentukan nilai HLB Hydrophilic Lipophilic Balance (HLB) merupakan nilai perbandingan gugus hidrofilik dan lipofilik pada surfaktan. Semakin panjang rantai lipofilik, maka semakin rendah nilai HLB. Surfaktan dengan nilai HLB yang rendah larut dalam minyak dan meningkatkan emulsi air dalam minyak (w/o). Sebaliknya surfaktan dengan nilai HLB tinggi akan larut dalam air dan meningkatkan emulsi minyak dalam air (o/w). Nilai HLB berkisar antara 1-20 (Holmberg et al. 2003). Fungsi surfaktan ditentukan dari nilai HLB surfaktan yang akan digunakan. Pengelompokan surfaktan berdasarkan nilai HLB dan penggunaannya disajikan pada Tabel 2.
Gambar 27 Perbandingan gugus fungsi FTIR antara APG hasil sintesis dan APG komersial
Metode untuk menentukan HLB dari APG yang digunakan adalah metode titrimetri
dengan metode bilangan air (water number method). Akuades
digunakan sebagai titran dan larutan yang mengandung 1 g dalam 25 ml campuran (95:5 v/v) piridina dan benzena sebagai titrat. Kepala polar yang diperoleh dari glukosa yang bersifat hidrofilik akan tarik menarik dengan molekul air yang besifat polar dan ion nitrogen dari piridina yang bersifat non polar. Ekor dari APG yang diperoleh dari alkohol lemak bersifat hidrofobik akan menarik molekul benzena yang non polar dan cincin heterosiklik aromatik molekul piridina. Titik akhir titrasi dicapai pada saat kekeruhan permanen. Pada kondisi tersebut larutan telah jenuh dan molekul APG sudah tidak dapat berikatan dengan molekul air maupun piridina dan benzena (Noerdin 2008). Perhitungan nilai HLB dengan mencari persamaan liniar dari jenis surfaktan yang telah diketahui nilainya. Menurut Moectar (1989), nilai HLB tween80 ialah 15, nilai HLB span20 adalah 8,6 dan asam oleat adalah 1. Hasil pengukuran dari surfaktan tersebut dapat dilihat pada Lampiran 15. Dari data tersebut dibuatkan kurva standarnya, dimana pada perhitungan HLB selanjutnya menggunakan kurva standar tersebut untuk menentukan nilai HLB. Kurva standar HLB dapat dilihat pada Lampiran 15. Persamaan linear dari kurva standar (y=0,259x-2,38) digunakan untuk menentukan nilai HLB dari APG sintesis dan APG komersial. Nilai HLB APG perlakuan terbaik yang diperoleh yaitu 10,24; sedangkan APG Komersial yaitu 12,01. Dengan demikian APG hasil sintesis merupakan APG golongan pengemulsi o/w. demikian pula APG komersial yang juga masuk dalam nilai kisaran jenis surfaktan pengemulsi o/w.
4.3.8 Perbandingan karakteristik APG sintesis dan APG Komersial Hasil sintesis APG dengan perlakuan terbaik dibandingkan dengan APG komersial (Glucopon)
menunjukkan
bahwa karakteristik kemampuan untuk
menurunkan tegangan permukaan, tegangan antarmuka dan kestabilan emulsi APG hasil sintesis menunjukkan nilai yang lebih baik dibandingkan dengan APG komersial, namun dari karakteristik warna dan pembusaan APG komersial memiliki nilai yang lebih baik. Hasil perbandingan karakteristik APG sintesis dan APG komersial dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Perbandingan karakteristik APG sintesis dan APG Komersial
Karakteristik Kejernihan (%T) Kemampuan untuk menurunkan tegangan permukaan (%) Kemampuan untuk menurunkan tegangan antarmuka (%) Kestabilan emulsi (%) Tinggi Busa (%) Kestabilan Busa (menit)
APG Sintesis Perlakuan penambahan Perlakuan arang aktif 0% dan terbaik proses NaBH4 0% pemurnian 27,86 59,02
APG Komersial 77,04
61,18
61,94
58,89
94,88
95,60
93,57
72,0 57,5 312,5
81,71 62,5 315
73,2 67,5 342,5
Hasil perbandingan ini dapat dilihat bahwa APG hasil sintesis memiliki karakteristik yang tidak jauh berbeda dengan APG komersial. Perbedaan karakteristik ini disebabkan oleh perbedaan penggunaan alkohol lemak. APG komersial menggunakan alkohol lemak campuran dari C10-C16, sedangkan APG sintesis menggunakan alkohol lemak C12.
4.4 Perhitungan biaya bahan baku untuk produksi APG Perhitungan biaya bahan baku untuk memproduksi APG dilakukan dengan basis 1 ton tapioka. Dari 1 ton tapioka akan menghasilkan 1,8 ton APG kasar atau 3,7 ton APG murni. Bahan baku yang digunakan yaitu: tapioka, PTSA, butanol, alkohol lemak C12, DMSO, NaOH, NaBH4, H2O2, dan MgO. Perhitungan neraca massa produksi APG dapat dilihat pada Lampiran 16. Berdasarkan neraca massa diperoleh kebutuhan bahan baku dan jumlah produk yang dihasilkan. Untuk memproses 1 ton tapioka dibutuhkan biaya bahan baku sebesar Rp. 35.341.409 untuk menghasilkan APG murni. Sedangkan jika hanya memproduksi APG kasar dibutuhkan biaya bahan baku sebesar Rp. 27.645.531. APG murni yaitu APG kasar yang telah melalui proses pemucatan menggunakan H2O2 dan penambahan akuades hingga konsentrasi bahan aktif APG 50%. Biaya bahan baku produksi APG dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6 Biaya bahan baku pembuatan APG Bahan Baku Berat (kg) Harga (Rp./kg) Tapioka 1.000,00 2.500a PTSA 47,55 47.500a Butanol 388,27 10.650a Dodekanol 1.123,76 15.420a DMSO 107,38 12.350a NaOH 27,83 3.500b NaBH4 12,94 522.500c H2O2 73,94 12.500b MgO 1,84 4.500b Total biaya APG murni Total biaya APG kasar Sumber :
a) www.alibaba.com b) www.icis.com/staticpages/a-e.htm c) www.linkinghub.elsevier.com
Total (Rp.) 2.500.000,00 2.258.625,00 4.135.092,60 17.328.322,48 1.326.088,03 97.403,56 6.763.237,43 924.321,91 8.318,89 35.341.409,91 27.645.531,67
5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan : 1.
Perlakuan terbaik untuk proses butanolisis yaitu kombinasi rasio mol katalis : pati yaitu 0,027 : 1 dan suhu 140 OC. Pada perlakuan ini memiliki nilai kejernihan (%T) sebesar 45,75 dan residu total gula sebesar 69.345,2 ppm atau sebesar 39,70%.
2.
Perlakuan terbaik pada proses pemurnian adalah kombinasi penambahan konsentrasi arang aktif 0% dan NaBH4 0,2% dilihat dari karakteristik warna (59,02 %T)dan kinerja produk yaitu kemampuan untuk menurunkan tegangan permukaan (61,94%), kemampuan untuk menurunkan tegangan antarmuka (95,6%), stabilitas emulsi (81,71%), tinggi busa (62,5%) dan kestabilan busa (315 menit). Hasil analisa gugus fungsi APG sintesis menunjukkan lintasan yang mirip dengan APG komersial. Nilai HLB APG hasil sintesis dan APG komersial masuk dalam kisaran surfaktan pengemulsi o/w.
3.
Kemampuan untuk menurunkan tegangan permukaan dan tegangan antar muka serta kestabilan emulsi APG hasil sintesis memiliki nilai yang lebih tinggi dibandingkan dengan APG komersial, namun nilai kejernihan dan pembusaan APG hasil sintesis lebih rendah jika dibandingkan dengan APG komersial.
4.
Biaya bahan baku untuk memproduksi APG murni dengan basis perhitungan 1 ton tapioka yaitu sebesar Rp. 35.341.409, sedangkan untuk memproduksi APG kasar yaitu sebesar Rp. 27.645.531.
5.2 S a r a n Dari hasil penelitian ini dapat disarankan untuk penelitian selanjutnya yaitu : 1.
Penelitian lanjutan mengenai aplikasi dalam produk sehingga dapat dievaluasi pengaruh proses pemurnian terhadap berbagai konsentrasi APG
2.
Dilakukan modifikasi perlakuan pada proses transasetalisasi antara lain dengan modifikasi waktu proses dan jumlah katalis yang tepat untuk mengurangi terbentuknya polidekstrosa.
3.
Penelitian dengan menggunakan pelarut seperti gliserol dan polioksialkil glikol untuk membantu memisahkan APG dan alkohol lemak.
4.
Penelitian analisis tekno ekonomi
DAFTAR PUSTAKA Aida, TM., sato, Y., Watanabe, M., Tajima, K., Nonaka, T., Hattori, H., Arai, K., 2007. Dehydration of D-glucose in high temperature water at pressures up 80 MPa. J of Supercritical Fluid 40:381-388 Anonim, 2009. http://www.bps.go.id. Luas panen, produktivitas dan produksi ubi kayu. [diakses 10 Desember 2009]. Anonim, 2010a. http://www.cognis.com/countries/Indonesia/bh/History/ Sejarah cognis Indonesia. [diakses 5 November 2010] Anonim, 2010b. Sodium borohydride, _borohydride [1 November 2010]
http://en.wikipedia.org/wiki/Sodium
Bodner, G.M., dan Pardue, H.L. 1989. Chemistry An Experimental Science. John Willey and Sons. Inc., New York. Balzer, D., 2000. Surfactant properties. Di dalam : Balzer D and Luders H, editor. Noninonic Surfactants Alkyl Polyglucosides. Ed ke-10. USA: Marcel Dekker. Hlm 85-278. BPS, 2010. Statistik perdagangan luar negeri Indonesia. Badan Pusat Statistik, Jakarta Broadhursh, A. H., 2002. Modeling Adsorrption of Cane Sugar Solution Colorant in Packed-Bed Ion exchanges. Thesis. University Of Natal, South Africa Buchanan, M., Charles, W., dan Matthew. Penemu; United States Paten, 20 Juni 1998. Process for Making Alkylpolyglycosides. US006077945. Djatmiko, B.,dan S. Ketaren.1985. Pemurnian Minyak Makan. Agroindustri Press, Jurusan Teknologi Industri Pertanian. FATETA. IPB, Bogor. Eskuchen, R., dan Michael Nitsche. 1997. Technology and Production of Alkyl Poliglycosides. Di dalam : Hill, K., von Rybinski, W., Stoll, G., Editor. 1997. Alkyl Polyglicoside: Technology, Properties and Applications. New York : VCH Publishers. hlm : 10 – 11 Flider, F. J., 2001. Commercial considerations and markets for naturally derived biodegradable surfactant. Inform 12: 1161 – 1164 Fox, Marye A., dan Whitesell J.K. 1994. Organic Chemistry. Jones and Bartlett Publishers. London Fuadi, A.M., dan Sulistya H., 2008. Pemutihan pulp dengan hidrogen peroksida. Reaktor 12: 123-128.
Gibson, MW., 2001. Process for reducing cycle times in reaction during the production of alkyl polyglicosides. http://www.uspto.gov [13 Januari 2010] Gorius, O., Bertho, JN., dan Nuzillard, JN., 2001. Determination and prediction of the average polymerization degree of alkyl polyglucosides. J Anal Chimica Acta 440: 231-237 Hargreaves, T. 2003. Cemical formulation: An Overview of Surfactant-Based Preparation Used In Everyday Life. RSC Paperbacks, Chambridge. Hill, K., von Rybinski, W., Stoll, G. 2000. Alkyl Polyglicoside: Technology, Properties and Applications. New York : VCH Publishers Hill, K., 2009. Alkyl Polyglycosides – Where green meets performance. SOFT Journal 2 : 6-14 Himakumar, L., Viswanathan, B., dan Murthy, S., 2006. Catalytic effects in generation of hydrogen from NaBH4. J of the Catalysis Society of India 5: 94-100 Hoffmann, B., dan Platz, G., 2001. Phase and aggregation behaviour of alkylglycosides. J Colloids and Interface Sci 6: 171-177 Holmberg, K., B. Jönsson, B. Kronberg dan B. Lindman. 2003. Surfactants and Polymers in Aqueous Solution (2nd ed.), Wiley, New York Iglauer, S., Yongfu Wu, Shuler, P., Tang Y., Goddard, W.A., 2009. Alkyl polyglycoside surfactant-alcohol cosolvent formulations for improved oil recovery. J Colloids and Surface 339: 48-59. Johansson, I., dan Svensson M., 2001. Surfactants based on fatty acids and other natural hydrophobes. J Colloids and Interface Sci 6: 178-188 Kamel, B.S., 1991. Emulsifier. Di dalam Food Additive User’s Handbook. Smith, Jim (ed). Van Nostrand Reinhoid. New York. Ketaren, S., 2005. Pengantar Tekknologi Minyak dan Lemak Pangan. Penerbit Unibersitas Indonesia (UI-Press). Jakarta Kirk, R.E. dan Othmer, D.F. 1985. Encyclopedia of Chemical Technology. Vol. 1. The Interscience Encyclopedia Inc., New York. Kuang, D., O.J. Obaje., dan A.M. Ali. 2000. “Synthesis and characterization of acetylated glucose fatty esters from palm and palm kernel oil fatty methyl esters”. J. of Oil Palm 12 (2):14-19.
Lueders, H., Penemu: United States Patent, 11 april 1989. Process for producing colorless butyloligoglycosides. US4820814 Lueders, H., Penemu; United States Patent, 5 Februari 1991. Method of manufacturing alkyl oligoglycosides. US4990605. Luders, H., 2000. Structure and nomenclature of surface-active alkyl glucosides. Di dalam : Balzer D and Luders H, editor. Noninonic Surfactants Alkyl Polyglucosides. Ed ke-10. USA: Marcel Dekker. Hlm 1-75. Matheson, K. L., 1996. Surfactant Raw Materials : Classification, Synthesis, and Uses. Di dalam : Spitz, L., editor. Soap and Detergents : A Theoretical and Practical Review. AOCS Press, Champaign, Illinois. Mathur, R. B. A., 1978. Handbook of Cane Sugar Technology. Oxford and Publishing Co. Calcuta, Bombay, New Delhi. McCurry, Pattrick Jr., Klein, Robert L., Gibson, Michael W., Beaulieu, James D., dan Varvil Janet R. Penemu: United States Patent, 8 November 1994. Continuous bleaching of alkylpolyglycosides. US5362861 McCurry, Pattrick Jr., Carl E. Pickens. Penemu; United States Patent, 21 Augustus 2000. Process for preparation of alkylglycosides. US4950743. Mehling, A., Kleber, M., dan Hensen, H. 2007. Comparative studies on the ocular and dermal irritation potential of surfactants. J Food and Chem Toxicol 14 : 747-758 Miller, JB., dan Wistler Roy., 2009. Starch : Chemistry and Technology. Academic Press.USA Moechtar. 1989. Farmasi Fisika: Bagian Larutan dan Dispersi, Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. Porter, M.R. 1991. Handbook of Surfactant. Chapman & Hall, New York. Presents, Z., 2000. All About Fatty Alcohol. http://www.condea.org. [13 Maret 2010] Putra I. N. K., 1990. Kajian reaksi pencoklatan thermal pada proses pembuatan gula merah dari nira aren. Thesis. IPB Bogor. Rieger, M. M. 1985. Surfactan in Cosmetic. Surfactan Science Series. Marcel Dekker Inc., New York. pp Rosu, M., Anita M., Aydin K., dan Adrian S., 2007. Surfactant adsorption onto activated carbon and its effect on absorption with chemical reaction. J Chem Eng Sci 62:7336-7343
Shallenber, R. S dan G. G. Birch. 1975. Sugar Chemistri. The Avi Publ. Co. Inc Soeharsono, 1978. Petunjuk Praktikum Biokimia. PAU Pangan dan Gizi, UGM Yogyakarta. Sukkary, M. M., A. Nagla, Aid S. I dan Azab, W. I., 2007. Synthesis and characterization of some alkyl polyglycosides surfactans. J of Dispersion and Technol 2:129-137 Suryani, A., Sailah, I., dan Hambali, E., 2000. Teknologi Emulsi. Jurusan Teknologi Industri Pertanian, IPB-Bogor. Tadros, T.F., 1992. Encyclopedia of Physical Science and Technology 2 nd edition, vol-16. Academic Press Inc., California. Winarno, F.G., 1992. Kimia Pangan dan Gizi. PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta Winarno, F.G., 2008. Kimia Pangan dan Gizi (Edisi Terbaru). PT. Embrio Biotekindo, Bogor. Ware, AM., Waghmare JT., dan Momin SA., 2007. Alkylpolyglycoside: carbohydrate based surfactant. J of Dispersion Sci and Technol 28: 437444 Wuest, W., Eskuchen, R., Wollman, J., Hill, K., Biermann, M., penemu; United States Patent, 11 Agustus 1992. Process for preparing alkylglucoside compounds from oligo- and/or polysaccharides. US005138046
Lampiran 1. Prosedur Analisis Surfaktan Alkil Poliglikosida (APG)
1. Analisa stabilitas emulsi (Modifikasi ASTM D 1436. 2000) Stabilitas emulsi diukur diantara air dan xilena. Xilena dan air dicampur dengan perbandingan 6 : 4. Campuran tersebut dikocok selama 5 menit menggunnakan vortex mixer. Pemisahan emulsi antara air dan xilena diukur berdasarkan lamanya pemisahan antar fasa sebelum dan sesudah ditambahkan surfaktan dibandingkan nilainya.
Penetapan
stabilitas emulsi dengan cara yang sederhana, yaitu dengan cara pengukuran berdasarkan pemisahan dengan asumsi bahwa sistem emulsi yang sempurnah bernilai 100
% 𝑆𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑠 =
(𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑘𝑒𝑠𝑒𝑙𝑢𝑟𝑢ℎ𝑎𝑛 − 𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑝𝑒𝑚𝑖𝑠𝑎ℎ𝑎𝑛) 𝑥 100 𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑘𝑒𝑠𝑒𝑙𝑢𝑟𝑢ℎ𝑎𝑛
2. Pengukuran tegangan permukaan metode Du Nouy (ASTM D-1331.2000) Peralatan dan wadah sampel yang digunakan harus dibersihkan terlebih dahulu dengan larutan asam sulfat-kromat dan dibilas dengan aquades, lalu dikeringkan. Cincin platinum yang digunakan pada alat tensiometer dan mempunyai mean circumferense = 5,945. Posisi alat diatur agar horizontal dengan water pass dan diletakkan pada tempat yang bebas dari gangguan, seperti getaran, angin, sinar matahari dan panas. Larutan surfaktan dengan ragam konsentrasi, dimasukkan ke dalam gelas kimia dan diletakkan di atas dudukan tensiometer. Suhu cairan di ukur dan dicatat. Selanjutnya cincin platinum dicelupkan ke dalam sampel tersebut (lingkaran logam tercelup ± 3 mm di bawah permukaan cincin). Skala vernier tensiometer diatur pada posisi nol dan jarum penunjuk harus berada pada posisi terhimpit dengan garis pada kaca. Selanjutnya kawat torsi diputar perlahan-lahan sampai film cairan tepat putus, saat film cairan tepat putus, skala di baca dan dicatat sebagai nilai tegangan permukaan.
3. Pengukuran tegangan antar muka (ASTM D-1331. 2000) Metode menentukan tegangan antarmuka hampir sama dengan pengukuran tegangan permukaan. Tegangan antarmuka menggunakan dua cairan yang berbeda tingkat kepolarannya, yaitu larutan surfaktan dengan ragam konsentrasi dan xilena (1:1). Larutan surfaktan terlebih dahulu dimasukkan ke dalam wadah sampel, kemudian dicelupkan cincin platinum ke dalamnya (lingkaran logam tercelup ± 3 mm di bawah permukaan cincin). Setelah itu, secara hati-hati larutan xilena ditambahkan di atas larutan surfaktan sehingga sistem terdiri atas dua lapisan. Kontak antara cincin dan larutan xilena sebelum pengukuran harus dihindari. Setelah tegangan antarmuka mencapai equilibrium, yaitu benar-benar terbentuk dua lapisan terpisah yang sangat jelas, pengukuran selanjutnya dilakukan dengan cara yang sama pada pengukuran tegangan permukaan. 4. Penentuan HLB Nilai HLB digunakan untuk menentukan sifat kelarutan APG di dalam air dan menentukan aplikasi surfaktan berdasarkan nilai HLB yang dimiliki surfaktan APG. Penentuan nilai HLB (Gupta et al. 1983 dalam Kuang et al. 2000). HLB dari surfaktan APG ditentukan menggunakan metode bilangan air (water number method). Larutan yang mengandung 1 g surfaktan APG dalam 24 ml campuran piridina dan benzena 95:5 (v/v) dititrasi dengan akuades Sampai kekeruhan permanen. Nilai HLB dari dari sampel surfaktan APG diperoleh dengan interpolasi pada kurva standar HLB
5. Spektroskopi infra merah Analisis spektroskopi infra merah memberikan informasi mengenai adanya gugus fungsi yang terdapat dalam molekul. Vibrasi dari setiap gugus fungsi akan muncul pada bilangan gelombang yang berbeda.
6. Pengukuran rendemen Rendemen APG dihitung berdasarkan berat APG yang diperoleh setelah proses pemucatan dengan berat total bahan baku awal yang digunakan 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑒𝑚𝑒𝑛 % =
𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐴𝑃𝐺 𝑚𝑢𝑟𝑛𝑖 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑎 ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢 𝑎𝑤𝑎𝑙
x 100
7. Pengukuran kejernihan (Spectrofotometer) Alat Spectrofotometer 20 dinyalakan 15 menit sebelum digunakan. Pilih %Transmisi. Kemudian panjang gelombang diset pada panjang gelombang 470 nm (McCurry 1994). Kuvet kemudian diisi dengan larutan blanko (aquades) dan selanjutnya diset hingga menunjukkan angka 100%. Setelah itu kuvet yang berisi larutan blanko diganti dengan contoh surfaktan surfaktan yang akan diukur kejernihannya dan dicatat persen transmitan yang terbaca pada skala.
8. Pengukuran gula reduksi metode DNS (Miller 1959). -
Pembuatan Pereaksi DNS DNS sebanyak 5 g dilarutkan dalam 100 ml NaOH 2 N, diaduk dan ditambahkan 250 ml akuades. Potassium tartat sebanyak 15 g ditambahkan, kemudian diaduk sampai larut dan ditepatkan hingga tanda tera (500 ml)
-
Pembuatan Standar Glukosa Standar glukosa dibuat pada konsentrasi 0, 50, 100, 150 dan 200 ppm
-
Pengukuran Kadar Gula Pereduksi metode DNS Pengukuran
dilakukan
menggunakan
spektrofotometer
dengan
panjang gelombang 550 nm terhadap 0,5 ml sampel yang ditambahkan dengan 1,5 ml pereaksi DNS dan diletakkan dalam air mendidih selama 5 menit.
9. Pengukuran Total Gula (Dubois et al. 1959) Pengukuran dilakukan menggunakan spektrofotometer dengan panjang gelombang 490 nm terhadap 2 ml sampel yang ditambahkan dengan 1 ml pereaksi fenol 5% dan 5 ml H2SO4 pekat dan didiamkan selama 10 menit.
10. Kestabilan Busa (Sukkary et al. 2007) Pengukuran kestabilan busa dilakukan dengan konsentrasi APG 0,5% yang dilarutkan dalam air. Kemudian dimasukkan 5 ml kedalam tabung ulir 10 ml. Kemudian di kocok hingga busa terbentuk. Busa yang terbentuk kemudian diukur tinggi dan berapa lama kestabilannya.
Lampiran 2 Analisa statistik residu gula pereduksi hasil proses butanolisis Hasil perhitungan residu gula pereduksi hasil proses butanolisis Gula Standar kode mol Suhu reduksi Deviasi (ppm) A1B1 0,018 140 58.281,25 220.97 A1B2 0,018 150 43.906,25 574,52 A2B1 0,027 140 37.812,5 353,55 A2B2 0,027 150 24.550 176,77 A3B1 0,036 140 22.612,5 247,49 A3B2 0,036 150 18.075 335,88 Analisa ragam residu gula pereduksi hasil proses butanolisis Sumber Variasi Rata-rata perlakuan mol perlakuan suhu interaksi mol*suhu Error Jumlah
Dk
Jk
kt
1 2 1
14.040.810.469 14.040.810.469 1.946.028.750 973.014.375 345.076.875 345.076.875
2 6 12
58.046.562,5 709.218,75 16.390.671.875
F Hitung
F tabel 0.05
8.231,71 2.919,36
5,14 5,99
2.45,58
5,14
29.023.281,25 118.203,13
Uji lanjut Duncan faktor rasio mol terhadap residu gula pereduksi Rasio Mol 0,018 0,027 0,036
Rata-rata (ppm) 51.093,75 31.181,25 20.343,75
N
Duncan 0.05
4 4 4
C B A
Uji lanjut Duncan tiap perlakuan terhadap residu gula pereduksi Kode A1B1 A1B2 A2B1 A2B2 A3B1 A3B2
Rata-rata (ppm) 58.281,25 43.906,25 37.812,5 24.550 22.612,5 18.075
N 2 2 2 2 2 2
Duncan 0,05 F E D C B A
Lampiran 3 Analisa statistik residu total gula hasil proses butanolisis Hasil perhitungan residu total gula hasil proses butanolisis kode
mol
suhu
Total gula (ppm)
Standar Deviasi
A1B1 A1B2 A2B1 A2B2 A3B1 A3B2
0,018 0,018 0,027 0,027 0,036 0,036
140 150 140 150 140 150
143.928,57 86.904,76 69.345,24 54.761,90 66.726,19 44.047,62
1.683,59 1.515,23 1.683,59 1.094,33 1.851,95 2.609,56
Analisa ragam residu total gula hasil proses butanolisis Sumber Variasi
dk
Rata-rata perlakuan mol perlakuan suhu interaksi mol*suhu Error Jumlah
1 2 1 2 6 12
jk
kt
F Hitung
72.296.598.639 72.296.598.639 8.660.848.923 4.330.424.461 1.339,17 2.963.265.306 2.963.265.306 916,38 1.015.440.760 507.720.379,80 157,01 19.401.927,44 3.233.654,57 84.955.555.556
Uji lanjut Duncan faktor rasio mol terhadap residu total gula Rasio Mol 0.018 0.027 0.036
Rata-rata (ppm) 115.416,67 62.053,57 55.386,90
N 4 4 4
Duncan 0,05 B A A
Uji lanjut Duncan tiap perlakuan terhadap residu total gula Rata-rata Kode N (ppm) Duncan 0.05 A1B1 143.928,57 2 E A1B2 86.904,76 2 D C A2B1 69.345,24 2 A2B2 54.761,90 2 B C B A3B1 66.726,19 2 A3B2 44.047,62 2
A
F tabel 0,05 5,14 5,99 5,14
Lampiran 4 Analisa statistik kejernihan hasil proses butanolisis Hasil perhitungan kejernihan hasil proses butanolisis kode
mol
suhu
A1B1 A1B2 A2B1 A2B2 A3B1 A3B2
0,018 0,018 0,027 0,027 0,036 0,036
140 150 140 150 140 150
Kejernihan (%T) 80,35 62,05 45,75 0,1 5,75 0,1
Standar Deviasi 0,64 0,35 0,64 0 0,92 0
Analisa ragam kejernihan hasil proses butanolisis Sumber Variasi
dk
jk
1
12.558,27
Rata-rata perlakuan mol perlakuan suhu interaksi mol*suhu Error Jumlah
kt 12.558,27
2 1
9.855,94 1.614,72
4.927,97 1.614,72
2 6 12
836,06 1,78 24.866,72
418,01 0,30
Uji lanjut Duncan faktor rasio mol terhadap kejernihan Rasio Mol 0.018 0.027 0.036
Rata-rata Duncan (%T) 0.05 71,2 4 22,92 4 2,93 4
Duncan 0.05 B A A
Uji lanjut Duncan tiap perlakuan terhadap kejernihan Kode A1B1 A1B2 A2B1 A2B2 A3B1 A3B2
Rata-rata (%T) 80,35 62,05 45,75 0,1 5,75 0,1
N 2 2 2 2 2 2
F Hitung
F tabel 0,05
Duncan 0.05 C B B A A A
16611,1 3 5442,88 1409,01 4
5,14 5,99 5,14
Lampiran 5
Perbandingan residu gula reduksi, residu total gula, dan kejernihan hasil proses butanolisis
Sampel
Perlakuan
Residu Gula Reduksi (ppm)
A1B1 A1B2 A2B1 A2B2 A3B1 A3B2
Katalis 0,018; suhu 140OC Katalis 0,018; suhu 150OC Katalis 0,027; suhu 140OC Katalis 0,027; suhu 150OC Katalis 0,036; suhu 140OC Katalis 0,036; suhu 150OC
58.281,3f 43.906,3e 37.812,5d 24.550,0c 22.612,5b 18.075,0a
Keterangan : angka yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata
Residu Total Gula (ppm)
Kejernihan (%T)
143.928,6e 86.904,8d 69.345,2c 54.761,9b 66.726,2bc 44.047,6a
80,35c 62,05b 45,75b 0,1a 5,75a 0,1a
Lampiran 6 Hasil perhitungan gula reduksi setelah proses transasetalisasi
Sampel A1B1 A1B2 A1B3 A1B4 A2B1 A2B2 A2B3 A2B4 A3B1 A3B2 A3B3 A3B4
Gula pereduksi (ppm) Ulangan Ulangan2 1 523,75 548,75 531,25 526,25 618,75 597,5 605 558,75 571,25 546,25 563,75 595
493,75 557,5 547,5 532,5 606,25 582,5 571,25 551,25 580 541,25 582,5 592,5 rata-rata
rata-rata 508,75 553,13 539,38 529,38 612,5 590 588,13 555 575,63 543,75 573,13 593,75 563,54
Lampiran 7. Proses butanolisis Hasil pengamatan proses butanolisis tahap pertama Sampel A1B1-1 A1B1-2 A1B2-1 A1B2-2 A2B1-1 A2B1-2 A2B2-1 A2B2-2 A3B1-1 A3B1-2 A3B2-1 A3B2-2
Pati (g) 40,50 40,50 40,49 40,49 40,48 40,51 40,49 40,50 40,51 40,51 40,51 40,51
Butanol (g) 157,25 157,25 157,26 157,26 157,25 157,25 157,23 157,25 157,25 157,27 157,27 157,25
Air (g) 32,85 32,85 32,85 32,86 32,85 32,85 32,86 32,85 32,86 32,85 32,85 32,84
PTSA (g) 0,85 0,85 0,85 0,85 1,28 1,28 1,28 1,28 1,71 1,71 1,71 1,71
Suhu (OC) 140 140 150 150 140 140 150 150 140 140 150 150
pH 2,4 2,2 2,2 2,3 1,8 1,6 1,6 1,6 1,2 1,2 1,1 1,2
Keterangan Warna Kuning muda Kuning muda Kuning tua Kuning tua Kuning tua Kuning tua Hitam Hitam Coklat tua + Coklat tua + Hitam Hitam
Lampiran 8 Analisa statistik kejernihan APG murni Hasil perhitungan kejernihan APG murni Sampel glucopon
Kejernihan (%T) 1 2
RataRata (%T)
A1B1 A1B2 A1B3 A1B4 A2B1 A2B2
76,38 27,99 46,88 59,29 59,84 37,76 45,71
77,62 27,73 46,24 58,75 59,16 37,33 45,92
77,01 27,86 46,56 59,02 59,50 37,54 45,81
A2B3
63,97
63,39
63,68
A2B4
62,81
63,10
62,95
A3B1
28,77
28,91
28,84
A3B2
29,17
29,04
29,11
A3B3
29,44
29,44
29,44
A3B4
29,85
29,72
29,79
Warna Buram, Transparan merah bata Kuning tua kuning muda kuning muda coklat muda kuning tua putih kekuningan putih kekuningan coklat muda hijau kehitaman hijau kehitaman hijau kehitaman
Analisa ragam kejernihan APG murni Sumber Variasi
dk
jk
kt
Rata-rata Perlakuan Arang Aktif perlakuan NaBH4 interaksi Error Jumlah
1
45.084,72 45.084,72
2 3 6 12 24
2.440,71 1.557,28 771,27 0,98 49.854,96
F Hitung
1.220,35 14.957,66 519,09 6.362,43 128,55 1.575,56 0,08
Uji lanjut Duncan faktor penambahan arang aktif terhadap kejernihan Arang aktif 0% 5% 10%
Rata-Rata 48,24 52,50 29,29
N 8 8 8
Duncan 0,05 B A C
F tabel 0,05
3,88 3,49 3,00
Uji lanjut Duncan faktor penambahan NaBH4 terhadap kejernihan NaBH4 0% 0,10% 0,20% 0,30%
Rata-rata 31,41 40,49 50,72 50,74
N 6 6 6 6
Duncan 0,05 C B A A
Uji lanjut Duncan tiap perlakuan terhadap kejernihan Sampel A1B1 A1B2 A1B3 A1B4 A2B1 A2B2 A2B3 A2B4 A3B1 A3B2 A3B3 A3B4
Rata-rata 27,86 46,56 59,02 59,50 37,54 45,81 63,68 62,95 28,84 29,11 29,44 29,79
N 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Duncan 0,05 E C B
A A
B B
A
D C
D E E E
Lampiran 9 Analisa statistik rendemen APG murni Hasil perhitungan rendemen APG murni Ulangan RataSampel Ulangan 1 2 rata A1B1 59,52 60,17 59,85 A1B2 57,94 60,16 59,05 A1B3 58,82 58,28 58,55 A1B4 57,43 56,94 57,18 A2B1 56,55 55,40 55,97 A2B2 54,50 55,40 54,95 A2B3 55,15 54,44 54,95 A2B4 52,29 54,42 53,36 A3B1 51,22 48,71 49,96 A3B2 47,60 47,69 47,65 A3B3 49,07 46,26 47,66 A3B4 46,34 47,80 47,07 Analisa ragam rendemen APG murni Sumber Variasi
dk
jk
kt
Rata-rata Perlakuan Arang Aktif perlakuan NaBH4 interaksi Error Jumlah
1
69.563,26 69.563,26
2 3 6 12 24
457,52 22,48 1,83 14,69 70.059,78
228,76 7,49 0,30 1,22
F Hitung
F tabel 0,05
186,84 6,12 0,25
3,88 3,49 3,00
Uji lanjut Duncan faktor penambahan arang aktif terhadap rendemen APG murni N Arang aktif Rata-Rata Duncan 0,05 8 0% 58,66 C 8 B 5% 54,77 8 A 10% 48,09
Uji lanjut Duncan faktor penambahan NaBH4 terhadap rendemen APG murni N Duncan NaBH4 Rata-rata 0,06 6 0% 55,26 B 6 A 0,10% 53,88 6 A 0,20% 53,67 6 A 0,30% 52,54
Lampiran 10 Analisa statistik kemempuan menurunkan tegangan permukaan APG murni Hasil perhitungan kemampuan menurunkan tegangan permukaan APG murni Sampel
0,001 1 2 Glucopon 38,8 38,6 A1B1 37,4 37,7 A1B2 37,5 37,4 A1B3 37,5 37,3 A1B4 37,4 37,5 A2B1 37,4 37,6 A2B2 37,6 37,3 A2B3 37,5 37,3 A2B4 37,3 37,7 A3B1 37,6 37,5 A3B2 37,6 37,4 A3B3 37,5 37,5 A3B4 37,5 37,7
0,01 1 34,1 33,5 33,0 32,8 33,2 34,4 33,8 33,5 33,8 34,3 33,8 33,7 34,1
2 34,3 33,5 32,9 32,9 33,4 34,2 33,9 33,3 33,7 34,5 34,0 33,5 34,3
Tegangan Permukaan (dyne/cm) 0,05 0,2 0,4 0,6 1 2 1 2 1 2 1 2 33,1 33,1 32,9 32,7 32,8 32,7 32,6 32,7 31,4 31,5 30,5 30,7 29,8 29,6 28,9 29,3 31,0 31,2 30,6 30,5 29,1 29,4 28,6 28,7 31,0 31,0 29,6 29,8 29,0 29,2 28,6 28,6 30,9 31,2 30,1 30,4 29,7 29,5 28,8 29,0 31,9 31,8 30,5 30,8 30,2 30,4 29,6 29,6 31,6 31,9 30,5 30,4 29,8 29,9 29,3 29,4 31,2 31,5 30,5 30,3 29,9 29,6 29,5 29,0 31,8 31,7 30,5 30,6 30,2 30,0 29,1 29,5 33,8 32,0 30,9 30,8 30,5 30,4 29,7 29,8 31,7 31,8 30,9 30,8 30,3 30,0 29,7 29,5 31,5 31,7 30,6 30,2 29,8 29,7 29,2 29,4 31,9 31,8 30,5 30,4 29,8 29,8 29,4 29,4
0,8 1 31,7 28,6 28,1 28,0 28,4 28,8 28,8 28,2 28,5 28,7 28,5 28,4 28,4
2 31,6 28,3 28,0 27,8 28,1 28,5 28,4 28,4 28,4 28,9 28,7 28,3 28,6
1 1 29,5 28,0 28,1 27,5 27,7 28,2 28,0 28,0 28,2 28,4 28,2 28,0 28,1
2 29,7 27,9 27,9 27,3 27,6 28,4 28,2 27,9 28,0 28,3 28,4 28,1 28,1
Hasil perhitungan rekapitulasi kemampuan menurunkan tegangan permukaan APG murni Sampe l
0
0,001
0,01
0,05
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Penurunan TP (konsentrasi 1%) (%)
Glucopon
72
38,70
34,20
33,10
32,80
32,75
32,65
31,65
29,60
58,89
A1B1
72
37,55
33,50
31,45
30,60
29,70
29,10
28,45
27,95
61,18
A1B2
72
37,45
32,95
31,10
30,55
29,25
28,65
28,05
28,00
61,11
A1B3
72
37,40
32,85
31,00
29,70
29,10
28,60
27,90
27,40
61,94
A1B4
72
37,45
33,30
31,05
30,25
29,60
28,90
28,25
27,65
61,60
A2B1
72
37,50
34,30
31,85
30,65
30,30
29,60
28,65
28,30
60,69
A2B2
72
37,45
33,85
31,75
30,45
29,85
29,35
28,60
28,10
60,97
A2B3
72
37,40
33,40
31,35
30,40
29,75
29,25
28,30
27,95
61,18
A2B4
72
37,50
33,75
31,75
30,55
30,10
29,30
28,45
28,10
60,97
A3B1
72
37,55
34,40
32,90
30,85
30,45
29,75
28,80
28,35
60,63
A3B2
72
37,50
33,90
31,75
30,85
30,15
29,60
28,60
28,30
60,69
A3B3
72
37,50
33,60
31,60
30,40
29,75
29,30
28,35
28,05
61,04
A3B4
72
37,60
34,20
31,85
30,45
29,80
29,40
28.50
28.10
60.97
Tegangan Permukaan (dyne/cm)
Analisa ragam kemampuan menurunkan tegangan permukaan APG murni F Sumber Variasi dk jk kt F Hitung tabel 0,05 Rata-rata 1 89.544,77 89.544,77 Perlakuan Arang Aktif 2 1,76 0,88 37,69 3,88 perlakuan NaBH4 3 1,14 0,38 16,31 3,49 interaksi 6 0,26 0,04 1,83 3,00 Error 12 0,28 0,02 Jumlah 24 89.548,21 Uji lanjut Duncan faktor penambahan arang aktif terhadap kemampuan menurunkan tegangan permukaan APG murni Rata-Rata Duncan Arang aktif N (%) 0,05 8 0% 61,46 B 8 A 5% 60,95 8 A 10% 60,83 Uji lanjut Duncan faktor penambahan NaBH4 terhadap kemampuan menurunkan tegangan permukaan APG murni Rata-rata NaBH4 N Duncan 0,05 (%) 6 A 0% 60,83 6 A 0,10% 60,93 6 0,20% 61,39 C 6 B 0,30% 61,18
Lampiran 11 Analisa statistik kemampuan menurunkan tegangan antarmuka APG murni Hasil perhitungan kemampuan menurunkan tegangan antarmuka APG murni Sampel Glucopon A1B1 A1B2 A1B3 A1B4 A2B1 A2B2 A2B3 A2B4 A3B1 A3B2 A3B3 A3B4
0,001 1 20,2 18,1 17,7 17,3 17,4 18,0 17,7 17,4 17,6 18,4 18,1 17,8 17,7
2 20,0 18,3 17,8 17,2 17,3 18,4 17,8 17,5 17,7 18,2 18,0 17,6 17,9
0,01 1 2 7,6 7,8 6,8 6,9 6,7 6,8 6,3 6,2 6,7 6,5 7,3 7,2 7,0 7,0 6,9 6,8 7,0 7,0 7,4 7,3 7,2 7,3 7,0 7,0 7,3 7,4
Tegangan Antar Muka (dyne/cm) 0,05 0,2 0,4 0,6 1 2 1 2 1 2 1 2 5,5 5,6 3,8 3,7 3,5 3,5 3,0 3,2 4,5 4,3 3,3 3,4 3,2 3,0 2,9 2,8 4,2 4,4 3,3 3,2 3,0 3,1 2,7 2,8 3,9 4,0 3,0 2,9 2,6 2,5 2,4 2,4 4,1 4,2 3,0 3,1 2,7 2,8 2,4 2,6 4,4 4,6 3,2 3,4 3,0 3,2 2,9 3,0 4,4 4,5 3,3 3,1 3,1 3,0 2,7 2,7 4,2 4,4 3,2 3,1 2,9 2,7 2,5 2,7 4,4 4,4 3,3 3,3 3,0 2,8 2,7 2,8 4,6 4,5 3,2 3,4 3,1 3,3 3,0 3,1 4,5 4,5 3,3 3,2 3,2 3,2 2,9 3,0 4,4 4,2 3,1 3,2 3,0 2,9 2,9 2,9 4,5 4,6 3,2 3,2 3,0 3,0 2,8 3,1
0,8 1 3,0 2,5 2,4 2,2 2,3 2,6 2,4 2,5 2,5 2,8 2,6 2,5 2,6
2 2,9 2,4 2,4 2,1 2,2 2,5 2,6 2,3 2,6 2,6 2,7 2,5 2,6
1 1 2,7 2,2 2,1 1,9 2,0 2,3 2,2 2,0 2,2 2,4 2,2 2,1 2,1
2 2,7 2,1 2,2 1,8 1,9 2,3 2,3 2,1 2,0 2,3 2,2 2,2 2,2
155
Hasil perhitungan rekapitulasi kemampuan menurunkan tegangan antarmuka APG murni 1
Penurunan TAM (konsentrasi 1%) (%)
2,95 2,45 2,40
2,70 2,15 2,15
93,57 94,88 94,88
2,40
2,15
1,85
95,60
2,75 3,10 3,05 2,80
2,50 2,95 2,70 2,60
2,25 2,55 2,50 2,40
1,95 2,30 2,25 2,05
95,36 94,52 94,64 95,12
3,30 3,30
2,90 3,20
2,75 3,05
2,55 2,70
2,10 2,35
95,00 94,40
4,50 4,30
3,25 3,15
3,20 2,95
2,95 2,90
2,65 2,50
2,20 2,15
94,76 94,88
4,55
3,20
3,00
2,95
2,60
2,15
94,88
0
Rata-rata Tegangan Antar Muka (dyne/cm) 0,001 0,01 0,05 0,2 0,4 0,6 0,8
Glucopon A1B1 A1B2
42 42 42
20,10 18,20 17,75
7,70 6,85 6,75
5,55 4,40 4,30
3,75 3,35 3,25
3,50 3,10 3,05
3,10 2,85 2,75
A1B3
42
17,25
6,25
3,95
2,95
2,55
A1B4 A2B1 A2B2 A2B3
42 42 42 42
17,35 18,20 17,75 17,45
6,60 7,25 7,00 6,85
4,15 4,50 4,45 4,30
3,05 3,30 3,20 3,15
A2B4 A3B1
42 42
17,65 18,30
7,00 7,35
4,40 4,55
A3B2 A3B3
42 42
18,05 17,70
7,25 7,00
A3B4
42
17,80
7,35
Sampel
Analisa ragam kemampuan menurunkan tegangan antarmuka APG murni F tabel F Sumber Variasi dk jk kt Hitung 0,05 Rata-rata 1 216.193,05 216.193,05 Perlakuan Arang Aktif 2 0,89 0,45 14,54 3,88 perlakuan NaBH4 3 1,37 0,46 14,85 3,49 interaksi 6 0,18 0,03 1,00 3,00 Error 12 0,37 0,03 Jumlah 24 216195,86 Uji lanjut Duncan faktor penambahan arang aktif terhadap kemampuan menurunkan tegangan antarmuka APG murni Rata-Rata Arang aktif N Duncan 0,05 (%) 8 0% 95,18 A 8 B 5% 94,82 8 B 10% 94,73 Uji lanjut Duncan faktor penambahan NaBH4 terhadap kemampuan menurunkan tegangan antarmuka APG murni Rata-rata Duncan NaBH4 N (%) 0,05 6 0% 94,60 B 6 0,10% 94,76 B 6 A 0,20% 95,20 6 A 0,30% 95,08
157
Lampiran 12 Analisa statistik kestabilan emulsi APG murni Hasil perhitungan kestabilan emulsi APG murni Waktu (menit) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 90 120 150 180 210 240 270 300
Glucopon 1 2 41 41 41 41 41 41 41 41 40 41 39 39 38 39 37 37 37 37 36 36 36 36 36 36 34 35 32 33 30 31 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30
A1B1 1 41 41 41 39 39 38 37 37 36 35 35 33 33 30 30 29 29 29 29 29
2 41 41 40 40 40 39 38 38 38 36 36 35 35 33 33 30 30 30 30 30
A1B2 1 41 41 40 40 40 38 37 37 36 36 34 34 33 33 30 30 29 29 29 29
2 41 41 40 40 40 38 36 36 36 35 35 35 35 30 30 30 30 30 30 30
A1B3 1 41 41 38 37 36 36 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 34 34 34
2 41 40 40 38 37 36 36 36 35 35 35 35 35 35 35 35 34 34 34 33
A1B4 1 41 41 39 37 37 36 36 36 36 36 36 36 36 35 35 35 35 33 33 32
2 41 41 40 39 38 37 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 34 34 34 33
Tinggi Emulsi (mm) A2B2 A2B3 2 1 2 1 2 41 41 41 41 41 41 40 41 41 40 41 38 39 41 40 39 37 37 39 40 38 37 37 38 39 35 35 36 37 38 35 35 36 37 38 34 35 35 36 37 34 35 35 35 36 33 35 35 35 36 30 34 35 35 36 30 34 35 35 35 30 34 34 35 35 29 33 34 35 35 29 33 33 35 35 28 33 33 35 34 28 30 32 32 34 28 30 30 32 32 28 30 30 32 32 28 30 30 32 32
A2B1 1 41 41 40 38 36 33 33 33 33 33 33 33 30 30 30 29 29 28 28 28
A2B4 1 2 41 41 40 40 40 39 39 39 36 38 36 36 35 36 33 34 30 31 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30
A3B1 1 2 41 41 41 41 41 40 40 40 40 39 39 39 39 39 38 38 38 38 38 38 37 38 37 37 35 37 33 35 33 35 30 33 29 28 29 28 28 28 28 27
A3B2 1 2 41 41 41 41 41 41 41 40 40 40 38 39 35 36 34 36 32 33 30 31 30 31 30 31 30 30 30 30 28 30 28 29 28 29 28 28 28 28 28 28
A3B3 1 2 41 41 41 41 41 41 41 40 40 40 38 40 38 39 37 38 36 37 36 37 35 37 35 35 34 35 34 35 32 33 31 30 29 28 29 28 29 28 29 28
A3B4 1 41 41 41 41 40 39 38 37 37 36 35 34 34 32 32 30 29 28 28 28
2 41 41 41 41 41 40 40 39 39 37 36 35 33 33 33 30 28 27 27 27
Hasil rekapitulasi perhitungan kestabilan emulsi APG murni Waktu
Tinggi Emulsi (mm) Glucopon
A1B1
A1B2
A1B3
A1B4
A2B1
A2B2
A2B3
A2B4
A3B1
A3B2
A3B3
A3B4
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 90 120 150 180 210 240 270
41,0 41,0 41,0 41,0 40,5 39,0 38,5 37,0 37,0 36,0 36,0 36,0 34,5 32,5 30,5 30,0 30,0 30,0 30,0
41,0 41,0 40,5 39,5 39,5 38,5 37,5 37,5 37,0 35,5 35,5 34,0 34,0 31,5 31,5 29,5 29,5 29,5 29,5
41,0 41,0 40,0 40,0 40,0 38,0 36,5 36,5 36,0 35,5 32,0 32,0 32,0 31,5 30,0 30,0 29,5 29,5 29,5
41,0 40,5 39,0 37,5 36,5 36,0 35,5 35,5 35,0 35,0 35,0 35,0 35,0 35,0 35,0 35,0 34,5 34,0 34,0
41,0 41,0 39,5 38,0 37,5 36,5 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 35,5 35,5 35,5 34,5 33,5 33,5
41,0 41,0 40,5 38,5 37,0 35,0 35,0 35,0 35,0 35,0 31,5 31,5 30,0 29,5 29,5 28,5 28,5 28,0 28,0
41,0 40,5 38,5 37,0 37,0 37,0 37,0 37,0 35,0 35,0 34,5 34,5 34,0 33,5 33,0 33,0 31,0 30,0 30,0
41,0 40,5 40,5 39,5 38,5 37,5 35,0 35,0 35,5 35,5 35,5 35,0 35,0 35,0 35,0 34,5 33,0 32,0 32,0
41,0 40,0 39,5 39,0 37,0 36,0 35,5 33,5 30,5 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0
41,0 41,0 40,5 40,0 39,5 39,0 39,0 38,0 38,0 38,0 37,5 37,0 36,0 34,0 34,0 31,5 28,5 28,5 28,0
41,0 41,0 41,0 40,5 40,0 38,5 35,5 35,0 32,5 30,5 30,5 30,5 30,0 30,0 29,0 28,5 28,5 28,0 28,0
41,0 41,0 41,0 40,5 40,0 39,0 38,5 37,5 36,5 36,5 36,0 35,0 34,5 34,5 32,5 30,5 28,5 28,5 28,5
41,0 41,0 41,0 41,0 40,5 39,5 39,0 38,0 38,0 36,5 35,5 34,5 33,5 32,5 32,5 30,0 28,5 27,5 27,5
300
30,0
29,5
29,5
33,5
32,5
28,0
30,0
32,0
30,0
27,5
28,0
28,5
27,5
%
73,2
72,0
72,0
81,7
79,3
68,3
73,2
78,0
73,2
67,1
68,3
69,5
67,1
Analisa ragam kestabilan emulsi APG murni Sumber Variasi
dk
jk
kt
Rata-rata Perlakuan Arang Aktif perlakuan NaBH4 interaksi Error Jumlah
1
126.008,58 126.008,58
2 3 6 12 24
277,12 175,24 79,81 20,82 126561,57
138,56 58,41 13,30 1,74
F Hitung
F tabel 0,05
79,86 33,67 7,67
3,88 3,49 3,00
Uji lanjut Duncan faktor penambahan arang aktif terhadap kestabilan emulsi APG murni RataArang aktif N Duncan 0,05 Rata (%) 8 0% 76,22 C 8 B 5% 73,17 8 A 10% 67,99 Uji lanjut Duncan faktor penambahan NaBH4 terhadap kestabilan emulsi APG murni Rata-rata NaBH4 N Duncan 0,05 (%) 6 0% 69,11 A 6 B 0,10% 71,14 6 D 0,20% 76,42 6 C 0,30% 73,17 Tabel 51 Uji lanjut Duncan tiap perlakuan terhadap kestabilan emulsi Interaksi A1B1 A1B2 A1B3 A1B4 A2B1 A2B2 A2B3 A2B4 A3B1 A3B2 A3B3 A3B4 Lampiran 13
Rata-rata N Duncan 0,05 (%) 2 C B 71,95 2 C B 71,95 2 81,71 E 2 D 79,27 E 2 68,29 2 C 73,17 2 D 78,05 2 C 73,17 2 67,07 2 68,29 2 B 69,51 2 67,07 Analisa statistik pembusaan APG murni
A
A A A A
Hasil perhitungan pembusaan APG murni Sampel Glucopon A1B1 A1B2 A1B3 A1B4 A2B1 A2B2 A2B3 A2B4 A3B1 A3B2 A3B3 A3B4
Tinggi Busa (%) 1 67,5 57,5 57,5 62,5 62,5 57,5 60 60 60 55 57,5 60 60
2 67,5 57,5 60 62,5 60 57,5 57,5 60 55 55 60 60 60
Stabilitas Busa (menit) 1 2 340 345 310 315 310 305 310 320 320 320 305 300 305 305 310 310 300 300 300 300 305 300 310 305 300 300
Rata-rata Tinggi Busa (%) 67,5 57,5 58,75 62,5 61,25 57,5 58,75 60 67,5 55 58,75 60 60
Stabilitas busa (menit) 342,5 312,5 307,5 315 320 302,5 305 310 300 300 302,5 307,5 300
Analisa ragam tinggi busa APG murni Sumber Variasi
dk
jk
kt
Rata-rata Perlakuan Arang Aktif perlakuan NaBH4 interaksi Error Jumlah
1
83.426,04 83.426,04
2 3 6 12 24
13,02 55,21 18,23 25,00 83.537,50
6,51 18,40 3,04 2,08
F Hitung
F tabel 0,05
3,13 8,83 1,46
3,88 3,49 3,00
Uji lanjut Duncan faktor penambahan NaBH4 terhadap tinggi busa APG murni Rata-rata NaBH4 N Duncan 0,05 (%) 6 A 0% 56,67 6 B 0,10% 58,75 6 0,20% 60,83 C 6 B 0,30% 59,58 C
Analisa ragam kestabilan busa APG murni Sumber Variasi
dk
jk
Rata-rata Perlakuan Arang Aktif perlakuan NaBH4 interaksi Error Jumlah
1
2.260.134,38 2.260.134,38
2 3 6 12 24
581,25 136,46 210,42 112,50 2.261.175,00
Uji lanjut Duncan faktor penambahan murni Rata-Rata Arang aktif (%) 0% 313,75 5% 304,38 10% 302,50
kt
290,63 45,49 35,07 9,38
F Hitung
31,00 4,85 3,74
F tabel 0,05
3,88 3,49 3,00
arang aktif terhadap kestabilan busa APG N 8 8 8
Duncan 0,05 A A B
Uji lanjut Duncan faktor penambahan NaBH4 terhadap kestabilan busa APG murni Duncan NaBH4 Rata-rata (%) N 0,05 6 A 0% 305,00 6 A 0,10% 305,00 6 0,20% 310,83 B 6 A 0,30% 306,67 Uji lanjut Duncan tiap perlakuan terhadap kestabilan busa Sampel A1B1 A1B2 A1B3 A1B4 A2B1 A2B2 A2B3 A2B4 A3B1 A3B2 A3B3 A3B4
Rata-rata (%) 312,50 307,50 315,00 320,00 302,50 305,00 310,00 300,00 300,00 302,50 307,50 300,00
N 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Duncan 0,05 B A B B B B B B B B B B
A A A A A A A A
Lampiran 14 Penentuan perlakuan terbaik pemurnian APG melalui pembobotan parameter ukurnya
Sampel
Kejerniha n (%T)
TP (%)
TAM (%)
A1B1 A1B2 A1B3 A1B4 A2B1 A2B2 A2B3 A2B4 A3B1 A3B2 A3B3 A3B4
27,86 46,56 59,02 59,50 37,54 45,81 63,68 62,95 28,84 29,11 29,44 29,79
61,18 61,11 61,94 61,60 60,69 60,97 61,18 60,97 60,63 60,69 61,04 60,97
94,88 94,88 95,60 95,36 94,52 94,64 95,12 95,00 94,40 94,76 94,88 94,88
Sampel A1B1 A1B2 A1B3 A1B4 A2B1 A2B2 A2B3 A2B4 A3B1 A3B2 A3B3 A3B4
kejernihan
TP
TAM
0,3 1 3 4 4 2 3 5 5 1 1 1 1
0,2 4 4 5 5 3 3 4 3 3 3 4 3
0,2 3 3 5 4 3 3 4 3 2 3 3 3
Kestabila n Emulsi (%) 71,95 71,95 81,71 79,27 68,29 73,17 78,05 73,17 67,07 68,29 69,51 67,07
Kestablian Emulsi 0,2 3 3 5 4 2 3 4 3 1 2 2 1
tinggi Busa (%)
Tinggi Busa 0,05 3 3 5 4 3 3 4 3 2 3 4 4
57,50 58,75 62,50 61,25 57,50 58,75 60,00 57,50 55,00 58,75 60,00 60,00
Kestabilan Busa (menit) 312,50 307,50 315,00 320,00 302,50 305,00 310,00 300,00 300,00 302,50 307,50 300,00
Kestabilan Busa Jumlah Urutan 0,05 4 2,65 7 3 3,20 5 3 4,60 1 4 4,20 3 2 2,45 8 2 2,95 6 3 4,25 2 2 3,55 4 2 1,70 12 2 2,15 10 2 2,40 9 2 2,00 11
Nilai kejernihan (<30=1), (30-40=2), (41-50=3), (51-60=4), (>61=5) Nilai tegangan permukaan (<60=1), (60-60,5=2), (60,51-61,00=3), (61,01-61,50=4),(>61,51=5) Nilai tegangan antarmuka (<94=1),(94,00-94,50=2), (94,51-95,00=3), (95,01-95,50=4), (>95,51=5) Nilai Kestabilan emulsi (<68,00=1), (68,01-71,50=2), (71,51-75,00=3), (75,01-80,50=4), (>80,51=5) Tinggi Busa (<55=1), (55-57,5=2), (57,51-60,00=3), (60,01-62,5=4), (>62,5=5) Kestabilan Busa (<300=1), (300-305=2), (306-310=3), (311-315=4), (>316=5)
Lampiran 15 Perhitungan HLB Hasil titrasi akuades Akuades yang digunakan Ulangan 1 Ulangan 2 14,3 16,8 38,3 37,7 67,7 70
Surfaktan
HLB
Asam oleat Span20 Tween80
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
Rata-rata
HLB
15,55 38 68,85
1 8,6 15
y = 0.259x - 2.380 R² = 0.980
HLB
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Volume Aquades (ml)
Kurva standar HLB Nilai HLB Surfaktan APG Komersial APG terbaik
Aquadest yang digunakan Ulangan 1 Ulangan 2 55,7 55,4 48,4 49,1
Rata-rata
HLB
55,55 48,75
12,01 10,24
Lampiran 16 Perhitungan biaya bahan baku produksi APG Neraca massa produksi APG berbasis 1 ton tapioka
AIR 888,8 Kg
TAPIOKA 1000 Kg
PTSA 31,7 Kg
BUTANOL 3882,7 Kg
A1 BUTANOLISIS A2 Gula Sisa : 365,9 Kg PTSA : 31,7 Kg Butilglikosida :1012,6 Kg Butanol sisa :3425,9 Kg Air :967,1 Kg
PTSA : 15,8 Kg
A2 A4
A3 FAC12 : 5751,2 Kg
TRANSASETALISASI
BUTANOL 3882,7 Kg
A5 AIR 888,8 Kg
Gula Sisa : 2,7 Kg PTSA : 47,5 Kg DMSO :107,3 Kg APG+FA sisa+Polidekstrosa: 6748,2 Kg
DMSO : 107,3 Kg
A5 A6 PENYARINGAN
ENDAPAN POLIDEKSTROSA 276,2 Kg
A7 Gula Sisa : 2,7 Kg PTSA : 47,5 Kg DMSO :107,3 Kg APG+FA sisa: 6471,9 Kg
NaOH : 27,8 Kg
A7 A8 NaBH4 : 12,9 Kg
NETRALISASI A9 Sorbitol : 2,7 Kg PTSA : 47,5 Kg DMSO :107,3 Kg APG+FA sisa: 6471,9 Kg NaOH : 27,8 Kg NaBO2.2H2O : 84,5 Kg
Air : 72,9 Kg
A9 A10 DESTILASI A11
PTSA : 47,5 Kg DMSO :107,3 Kg FA sisa: 4627,5 Kg NaOH : 27,8 Kg NaBO2.2H2O : 84,5 Kg
APG KASAR : 1848,6 Kg
Air : 1848,6 Kg
A11 A12 H2O2 : 73,945
A13 PEMUCATAN A14
MgO : 1,8 Kg
Neraca massa proses butanolisis
APG MURNI : 3699,1 Kg
H2O2 : 73,945
Komponen Tapioka Gula sisa Butanol Air PTSA Butilglikosida Butanol sisa Air jumlah
Masuk (kg) A1 1000.000,00
Keluar (kg) A2 365.954,60
3.882.716,05 888.888,89 31.700,00
31.700,00 1.012.635,52 3.425.925,93 967.088,89 5.803.304,94
5.803.304,94
Neraca massa proses transasetalisasi Komponen Gula sisa PTSA Butil glikosida Butanol sisa Air Butanol FA C12 DMSO APG+FA C12 sisa +polidekstrosa Jumlah Total
Masuk (kg) A2 365.954,60 31.700,00 1.012.635,52 3.425.925,93 967.088,89
Keluar (kg) A3
A4
A5 2.765,40 47.550,00
15.850,00
888.888,89 3.882.716,05 5.751.234,57 107.375,55
107.375,55 6.748.234,57
5.803.304,94
5.874.460,12 4.771.604,94 6,905,925,52 11.677.765,06 11.677.530,46
Neraca massa proses penyaringan Komponen gula sisa PTSA DMSO APG+FA C12 sisa+ polidekstrosa endapan polidekstrosa APG+FAC12 sisa Jumlah Total Neraca massa proses netralisasi
Masuk (kg) A5 2.765,40 47.550,00 107.375,55
Keluar (kg) A6 A7 2.765,40 47.550,00 107.375,55
6.748.234,57 276.237,02 6.905.925,52 6.905.925,52
6.471.997,55 276.237,02 6.629.688,50 6.905.925,52
Komponen APG+FAC12 Sisa Gula sisa PTSA DMSO Air NaOH NaBH4 Sorbitol NaBO2.2H2O Jumlah Total
Masuk (kg) A7 6.471.997,55 2.765,40 47.550,00 107.375,55
Keluar (kg) A9 6.471.997,55
A8
47.550,00 107.375,55 72.926,57 27.829,59 12.944,00
27.829,59
4.124,52 84.511,45 6.629.688,50 113.700,16 6.743.388,65 6.743.388,65 6.743.388,65
Neraca massa proses destilasi Komponen APG+FAC12 sisa PTSA DMSO NaOH Sorbitol NaBO2.2H2O APG Kasar FAC12 sisa Jumlah Total
Masuk (kg) A9 6.471.997,55 47.550,00 107.375,55 27.829,59 4.124,52 84.511,45
Keluar (kg) A10
A11
47.550,00 107.375,55 27.829,59 84.511,45 1.848.643,82
6.743.388,65 6.743.388,65
4.627.478,25 4.894.744,83
1.848.643,82 6.743.388,65
Neraca massa proses pemucatan Komponen APG kasar H2O2 MgO Air APG murni Jumlah Total
Masuk (kg) A11 1.848.643,82
A12 73.945,75 1.848,64
Keluar (kg) A13 A14 73.945,75
1.848.643,82 3.697.287,64
75.794,40 3.773.082,04
73.945,75
3.699.136,28 3.699.136,28 3.773.082,04
